Text
                    ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР АКАДБМИЯ НАУК СССР
ПО НАУКЕ И ТЕХНИКЕ
ВСЕСОЮЗНЫЙ ИНСТИТУТ НАУЧНОЙ И ТЕХНИЧЕСКОЙ ИНФОРМАЦИИ
(ВИНИТИ)
Для служебного пользования
Экз. М
ЗАРУБЕЖНЫЕ КОСМИЧЕСКИЕ
КОМПЛЕКСЫ И СИСТЕМЫ
РЕФЕРАТИВНЫЙ СБОРНИК
Издается 1 раз в месяц
МОСКВА 1990


ОБЪЕДИНЕННАЯ РЕДАКЦИОННАЯ КОЛЛЕГИЯ информационных изданий по астрономии, геодезии, исследованиям космического пространства и Земли из космоса Главный редактор: акад. Р. 3. Сагдеев Члены редакционной коллегии: проф. Т. А. Агекян, акад. В. А. Амбарцумян, д. ф.-м. н. Ю. В. Батраков, акад. А. А. Боярчук, чл.-корр. АН СССР Ю. Д. Буланже, к. т. н. В. Д. Власов, проф. В, Г. Горбацкий, д. ф.-м. н. А. А. Гурштейн, проф. Я. Л. Зиман, акад. К. Я. Кондратьев, к. ф.-м, н. Э. В. Кононович, д. ф.-м. н. Л. Я. Кропоткин, проф. М. Я. Маров, проф. Л. Г. Масевич, к. т. н. П. П. Медведев, д. ф.-м. н. Д. И. Нагирнер, проф. Ю. М, Нейман, проф. Я. Д. Новиков, проф. Л. Я. Пеллинен, проф. В. Д. Подобед, к. х. н. Л. Д. Ревина, к. ф.-м. н. Я. Я. Самусь, проф. В. Л. Сарычев, А. Я. Седякина (ученый секретарь редколлегии), д ф.-м. н. В. Я. Слыш, акад. В. В. Соболев, д. ф.-м. н. И. В. Тутуков, к. ф.-м. н. В. Г. Шалаев, д. ф.-м. н. В. В. Шевченко, к. ф.-м. н. /С. В. Шингарева, к. ф.-м. н. Я. С. Щербина-Самойлова (зам. главного редактора) Научный редактор — к. т. н. Б. И. Е р м и ш к и н ВИНИТИ, 1990
ПРОГРАММЫ И ПРОЕКТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ 1* Перспективы космических исследований в ведущих странах мира В августе 1989 г, состоялась вторая международная, конференция по исследованиям Солнечной системы, которая была организована обществом AIAA и Лабораторией реактивного движения (JPL)* Наибольшее внимание участников конференции, насчитывавших 800 человек, привлекли снимки поверхности Нептуна и Тритона, которые были получены с борта американского КА "Вояджер-2". В выступлениях американских представителей Альфонс о Диаза (руководитель работ НАСА по научным и прикладным исследованиям) и Ричарда Трули (директор НАСА) было сообщено, что США планируют на следующие пять лет не менее 36 запусков КА для проведения космических научных исследований. В их число входят КА "Магеллан*', совершающий полет к Венере, КА "Галилей" для исследований Юпитера, космический телескоп "Хаббла", рентгеновская обсерватория GRO, К А "Марс Обсервер" и КА "Улисс" для пролета над полюсами Солнца, Программа космических исследований США, если она получит поддержку конгресса и американской общественности, обеспечит значительней успех. К моменту проведения конференции состоялось пять успешных полетов МВКА "Спейс Шаттл", шли полным ходом работы по ООКС "Свобода" и глобальные исследования Земли, велась подготовка к проведению Международного космического 1992 г., начались работы по проектам пил см тируемых полетов на Марс. В сентябре 1989 г. группа специалистов во главе с директором НИЦ им. Джонсона Аароном Коэном (Cohen) 1-2 q
должна была представить вице-президенту США Дэну Квейлу доклад с предложениями по графику и основным этапам осуществления проекта пилотируемых полетов на Марс и ресурсах, требуемых для его осуществления. Как заявил Трули, , США имеют более 1000 соглашений со 136 государствами по международным космическим проектам. Советскую делегацию на конференции возглавляли академик Барсуков (институт им, Вернадского) и Кремнев (директор центра им. Бабакина, Главкосмос). Космические исследования в Советском Союзе переживают трудности: а) закончились неудачей полеты двух КА "Фобос" (в разработке научной аппаратуры для КА принимали участие специалисты ' 16 стран); б) (< ухудшилось финансирование космических проектов (не выделяются пока даже средства на проект полета к Марсу автоматического КА в 1994 г.). В выступлениях Кремнева и Виктора Керзановича (институт космических исследований) была дана характеристика проекта запуска к Марсу КА в 1994 г. Предусматривается запуск РН "Протон" двух КА типа "Фобос" с интервалом 20-30 суток, которые доставят на поверхность Марса шары-зонды и пенетраторы (срок службы 1,5 года)» Главная задача проекта - всесторонние метеорологические исследования (изучить объемную структуру атмосферной циркуляции . и пограничный слой атмосферы Марса, провести наблюдения за пылевыми бурями, циклонами, тепловыми приливами, волновыми процессами) и выбор возможных районов посадки для будущих автоматических КА и пилотируемых КК, На поверхности Марса должна быть развернута сеть автоматических станций (пенетраторов) массой 10-50 кг, которые будут сброшены с борта КА за 7 суток до его посадки на поверхность Марса, Каждая станция должна быть оснащена передатчиком мощностью 1 кВт, ТВ-камерой, питающейся от аккумуляторных батарей или небольшого радиоизотопного термоэлектрического генератора. О конструкции шаров-зондов, которые будут использоваться в проекте "Марс 1994", сообщили французские специалисты Арлени Аммар и Кристиан Тарье из центра CNES, который должен спроектировать и изготовить шары-зонды. Расчетный срок службы шара составит 10 суток, в течение которых он должен пролетать ^расстояние около 1000 км. Ночью шары будут спускаться на поверхность Марса, а днем подниматься на высоту 2-4 км. В блок приборов шара-зон- 4
да войдут: ТВ-< камера, ИК-спектрометр, магнитометр и РЛ- устройства. Управляющие стропы для шаров-зондов, как ожидают, будут изготовлены силами специалистов из Планетного общества (Пассадена, шт. Калифорния) и университета шт. Юта (для этой цели должны быть изысканы 500 тыс. долл.). Французские специалисты выразили обеспокоенность в связи с неопределенностью финансирования в СССР проекта 'Марс 1994". Программа исследований уже сокращена за счет исключения из проекта марсохода и уменьшения числа шаров-зондов на борту КА 'с двух до одного. Американской программой предусмотрен запуск в сентябре 1993 г. КА 'Марс Обсервер'. На конференции были сообщены фамилии ученых из США, Европы и Советского Союза,. которые принимают участие в подготовке проекта 'Марс Обсервер'. Француз Жак Бламон, который уже длительное время сотрудничает с советскими специалистами, сообщил о трудностях совместной работы с Советским Союзом: недостаточная отработка необходимой техдокументации, слабая связь с соответствующими советскими специалистами, что приводит к чрезмерному увеличению числа командировок. Как сообщил Бламон, центр CNES был включен в работы по 8-10 приборам для КА "Фобос" с общим» „затратами^ со стороны CNES (включая зарплату сотрудников) 20 млн.долл. 'Во Франции не было ни одной организации, которая координировала бы работы с СССР. Каждый французский специалист был вынужден связываться с соответствующими советскими учеными, привозить им приборы в Москву, где производилась сборка КА и откуда КА направлялись в Байконур 'Затем мы должны были ехать в Байконур .. % . Масиа затруднений'. Несмотря на аварию КА 'Фобос', <гго позволило получить только 2-5% от ожидавшегося объема информации, полученные данные представляют реальную ценность. Советские специалисты перечислили перечень других космических проектов, которые подлежат утверждению: 'Марс Астероиды.Д996\ 'Венера 1998', 'Марс 2001' и полет к Меркурию с мягкой посадкой на его поверхность в 2002— 20CJ3 ггл Согласно проекту 'Марс Астероиды 1996" предусматривается: вывод на ок&ломарсианскую орбиту в 1996 и 1997 гг9 аппаратов; сброс на поверхность Фобоса пенетраторов и доставка образцов пород на борт орбитального аппарата; полет КА в пояс астероидов со сбросом пенетраторов и посадкой аппаратов на поверхность нескольких 5
крупных астероидов. По программе "Венера 1998" намечены вывод аппарата на орбиту вокруг Венеры и сброс пене- траторов на поверхность планеты в 8-10 районах. Проект "Марс 2001" предполагается осуществить совместно с другими государствами, обеспечив доставку на Землю образцов марсианских пород. Как заявил академик Барсуков, возможны два варианта проекта: при первом - запуск производится РН "Протон", а при втором - значительно более мощной РН "Энергия", Во втором случае можно получить намного больше научной информации и обеспечить доставку 100 кг пород, взятых из трех районов Марса, но затраты на проект будут намного больше. Сообщают, что Советский Союз намечает создать Международный консультативный комитет для рассмотрения конструкции КА "Марс 1994", чтобы уменьшить вероятность возникновения аварии, подобной авариям КА "Фобос", Согласно заявлению представителя СССР Кремнева, выход из строя первого КА "Фобос" является следствием ошибки оператора. При подготовке к полету "Не хватило времени для контроля всего математического обеспечения и компьютерных систем на борту КА,,. некоторые программы, не требовавшиеся для данного полета, были оставлены в памяти". По-видимому, одна из этих программ была передана на борт КА, который после этого вышел безвозвратно из-под контроля. Второй КА вышел из строя по одной из двух возможных причин: 1) короткого замыкания в цепи от источника электропитания к научной аппаратуре; 2) повреждения бортовой ЭВМ под воздействием потока тяжелых ионов вблизи Марса, Согласно заявлению представителей Европейского космического агентства (ЕКА), КА "Джотто", который принимал участие в исследованиях кометы Галлея в 1986 г„ в настоящее время приближается к другой комете (возможно к комете Григга-Скьеллерупа, встреча ожидается в 1992 г.). Срок запуска К А "Улисс" (совместный проект ЕКА и НАСА, ЕКА отвечает за К А, НАС А - за запуск с помощью МВКА "Спейс Шаттл" и управления полетом) отодвинут на октябрь 1990 г. ЕКА терпит убытки в связи с переносом срока запуска с первоначального в 1983 г, до вновь установленного в 1990 г. Поддержание КА "Улисс" в готовности к запуску обходится в 10-15 млн, *долл, за один год. ИК-обсервато*- рия ISO (срок запуска 1993 г. с помощью РН "Ариан- 4") оснащается телескопом диаметром 60 см, спектрометрами и 6
ТВ-камерой, Ее расчетный срок службы - 1,5 года. В случае, если США не прекратят финансирования проекта CRAF /"Кассини". то в 1996 г, ЕКА произведет запуск КА "Кассини" в сторону Сатурна со сбросом зонда "Гюйгенс" в атмосферу Титана (спутника Сатурна). ЕКА рассматривает возможность участия в трех компонентах: проектов полета на Марс: 1) разработке орбитального аппарата; 2) развертывании сети пенетраторов и устройств для забора проб грунта; 3) создании роботизированной "руки" для марсохода. Представитель Японии Нишимура (институт ISAS ) сообщил, что Япония намечает произвести в течение одного года запуски: одного научного ИСЗ, 5-6 исследовательских ракет и 10-15 шаров-зондов. Запуск КА "Мьюзес А", который должен пролететь дважды вблизи Луны, отложен на 1990 г., а КА "Солар А" для исследований Солнца - на 1991 г. Управление NASDA имеет бюджет в 1 млрд долл. и рассчитывает на его дальнейшее увеличение. Оно надеется на осуществление проектов по изучению Луны и планет Солнечной системы. Представитель NASDA Миячи сообщил конференции о планах управления по "Внегемным исследованиям" вплоть до 2015 г., включая запуски к Луне: в 1996 гФ -КА. для вывода на окололунную полярную орбиту; в 2000 г. - спускаемого аппарата массой 1100 кг и лунохода массой 900 кг. В последующем предполагается осуществить доставку на Землю образцов лунных пород, развернуть базу на Луне и включиться в исследования Марса. Сотрудники управления космических исследований (OSE) НАС А (США) Дуглас О'Хэндли и Карл Пилчер сообщили о планах США по пилотируемым полетам на Луну и Марс. Развертывания аванпоста на Луне (масса около 70 т), который сначала должен быть собран на борту ООКС "Свобода" из модулей, доставленных в результате 5-6 полетов грузовых МВКА "Шаттл-С". В состав аванпоста войдет жилой модуль, который будет доставлен на Луну межорбитальным транспортным аппаратом (масса около 25 т). Жилой модуль многократного использования предназначается для доставки: а) сначала четырех астронавтов на 30 суток (в 2001 г.) с возвратом на борт ООКС; б) затем 12 астронавтов сроком на 1 год (в 2010 г.). Доставки четырех астронавтов на поверхность Марса с пребыванием там в течение 30 суток (2008 г.). Сборка 7
пилотируемого марсианского КК должна производиться с помощью ООКС "Свобода" из модулей, доставленных с Земли в результате 5-6 полетов МВКА "Шаттл-С" (грузоподъемность 135 т). Для воплощения в жизнь пилотируемых полетов на Луну и Марс требуется увеличить вдвое бюджет НАСА (довести его до уровня 30 млрд долл. в год). Ряд американских специалистов ожидают, что между США и СССР будет заключено соглашение о совместном осуществлении этих проектов* Б. И. Ермишкин "Aerospace America", 1989, 27, Nb 10§ 8-12 2. Перспективы пилотируемых космических полетов в США США ведут разработки по перспективным пилотируемым космическим -полетам. Президент США Буш надеется, что ООКС "Свобода* войдет в эксплуатацию в 1999 г. к 30- летней годовщине посадки КК "Апполон" на поверхность Луны, НАСА подготовило отчет "Лидирование на космическом фронте" (Pioneering the Space Frontier), в котором рекомендуется осуществить четыре проекта пилотируемых полетов: 1) полет к спутнику Марса Фобос; 2) полет на Марс; , 3) развертывание лунной обсерватории; 4) создание передовой базы на поверхности Луны для обеспечения полетов на Марс. Существенную помощь при осуществлении сможет оказать ООКС "Свобода". Постоянная обитаемая база на Луне создаст условия для проведения исследований в условиях низкой гравитации и развертывания производства некоторых материалов, например, жидкого кислорода в гелия-3. Жидкий кислород необходим для обеспечения жизнедеятельности сотрудников лунной базы и для пополнения запасов КК, совершающих полеты на Марс» Гелий-3 может найти применение в качестве топлива на перспективных реакторах на Земле, в которых протекают реакции ядерного синтеза. Опыт по производству ракетного топлива на Луне может быть использован в последующем для развертывания такого производства на спутаиках Марса Фобосе и Деймосе. 8
В 2005 г, может быть начата серия полетов к Луне грузовых К А. Для транспортных рейсов целесообразно использовать аппараты с электроракетными двигателями (ЭРД) с питанием от ядерных энергоустановок (ЯЭУ). На строительство постоянной лунной базы потребуется несколько лет. В процессе полетов на Луну будут изучены все аспекты длительных космических полетов и проживания: жизнеобеспечение, психологические эффекты, использование природных ресурсов Луны и методика проведения научных исследований. Полеты на Марс предполагается начать с запуска грузовых транспортных аппаратов (ГТА), оснащенных ЭРД. ГТА должна доставить на Марс оборудование для сооружения баз, научную аппаратуру и модули КА для транспортных перевозок между Марсом и Фобосом. На синхронной околомарсианской орбите должен быть развернут связной спутник, затем необходимо отправить на Деймос роботизированные устройства, а после прибытия на Фобос смонтировать заводскую установку для производства ракетного топлива (жидких кислорода и водорода), чтобы обеспечивать все необходимые транспортные операции. Ожидается, что на подготовительном этапе потребуется три полета ГТА на Марс. ГТА будут совершать челночные полеты по маршруту Земля-Луна-Марс-Луна-Земля, После завершения первого по/юта на Марс лунный модуль ГТА с ЭРД доставит на окололунную ор» биту блок пилотируемого КК для заправки его компонентами топлива. После отделения его от КК лунный модуль возвратится на околоземную орбиту в готовности к совершению следующего транспортного полета* Пилотируемые полеты на Марс могут совершаться с интервалом 26 месяцев (в соответствии с благоприятными "окнами" запуска). На полет к Марсу требуется 8 месяцев. Продолжительность пребывания астронавтов на Марсе составит около одного года, а на весь полет к Марсу и обратно необходимо затратить три года» В случае возникновения аварийной ситуации КК совершит облет вокруг Марса и вернется на Землю (в этом случае на весь полет потребуется 600 суток). При необходимости длительность пребывания астронавтов на поверхности Марса может быть сокращена до 60 суток или, наоборот, увеличена до двух лет. Проект пилотируемых полетов на Марс с использованием лунной базы требует развития инфраструктуры для проведения широкого круга работ на низких околоземных орбитах 2-1 9
по транспортировке, сборке, заправке компонентами топлива и обслуживанию межпланетных КК# Необходима будет транспортировка больших количеств ракетного топлива. Сборка межпланетных КК и заправка их компонентами топлива должна производиться как на околоземных орбитах, так и на поверхности Фобоса. Транспортировка грузов за пределами околоземных орбит должна проводиться ГТА, оснащенными ЭРД и ЯЭУ, что требует разработки соответствующей техники. Необходима также отработка методов и средств для обеспечения перехода с межпланетных траекторий полета на околоземные и околомарсианские орбиты за счет аэродинамического торможения в атмосфере планет» Предстоит развернуть широкие исследования по обеспечению жизнедеятельности астронавтов в условиях длительного пребывания в невесомости или с использованием установок для создания искусственной гравитации, включая условия низкой гравитации, на поверхности Луны (1/6 g). Идея максимально возможного обеспечения полетов за счет ресурсов, создаваемых на Луне, Марсе и его спутниках, требует разработки технологий и оборудования для добычи, обработки и хранения полученных материалов. Энергообеспечение жизнедеятельности астронавтов и их производственной деятельности будет осуществляться, по-видимому, с помощью ЯЭУ, подобных ЯЭУ, разрабатываемых по программе SP-1OO. Для подготовки первого этапа работ на Луне и Марсе с помощью роботизированных устройств потребуется разнообразная информация: характеристики условий на поверхности планет (Луны, Марса, Фобоса) в глобальном масштабе (для целесообразного выбора мест посадки автоматических аппаратов и размещения баз); инженерные анализы и данные геологической разведки (для выбора районов размещения аванпостов и мест производства компонентов на поверхности Фобоса). НАСА заявляет в своем отчете: "Программа исследований Солнечной системы с непосредственным участием человека является плодотворной и многообещающей идеей. Однако надо иметь в виду, что она не является простой и дешевой программой. Наш анализ показал, что при сравнительно небольших и обдуманных капиталовложениях в ближайшие годы и при четком ее осуществлении эта долговременная задача выполнима ". 10
Работы по перспективным пилотируемым полетам возглавляет вице-президент США Дэн Квейл, который является председателем Национального космического совета (NSC)i Перспективный проект может показаться с точки зрения сегодняшнего дня чисто академической ^задачей, если учесть, что НАСА вело борьбу за получение в 1990 фин. г. 13 млрд долл. на свои нужды. Для обеспечения же полетов на Луну НАСА потребуется около 40 млрд. долл. в год. Станет ли осуществляться перспективная программа во многом зависит от результатов развертывания и эксплуатации ООКС "Свобода". Б.И. Ермишкин "flight Ihtemationaifff 1989, 136, N> 4178, 28-29 3. Перспективы космических научных исследований с помощью малых КА В статье Джеймса Бурке (лаборатория реактивного движения, США) рассматриваются возможности расширения исследований космического пространства и планет Солнечной системы за счет использования малых КА оригинальной КОНСТРУКЦИИ. ; В последние годы в США увеличился разрыв между замыслами ученых по изучению дальнего космоса и практическими возможностями их осуществления. Такая ситуация сложилась по ряду причин. Ограниченность финансовых ресурсов толкает проектантов на использование приборов и агрегатов, проверенных практикой, но уже устаревших, вместо разработки новой более совершенной техники. Недостаток средств vi стремление добиться успеха при каждом космическом полете ведут к тому, что разработчики не хотят использовать что-либо новое. Таким образом НАСА, несмотря на наличие многих новейших технологи^, не может позволить себе риск использования этих не проверенных в полетах технологий. Выход из этого затруднительного положения может быть достигнут двумя путями: 1) проведением предварительных летных испытаний новой техники; 2) использованием малых КА, не прошедших летных испытаний. В лаборатории реактивного движения (JPL) в течение 80-х годов ведутся ра-
боты по проектам космических научных исследований с помощью малых К А. Как показывает опыт НИОКР по программе СОИ, современные достижения в области радиоэлектроники делают реальностью широкое использование малых КА. Каждый КА научного назначения оснащен: а ) аппаратурой для регистрации характеристик электромагнитных излучений в широком спектре, потоков частиц, магнитных и электромагнитных полей; б) приборами для передачи на наземные станции полученной научной информации; в) аппаратурой для приема командных сигналов. Благодаря миниатюризации электронных компонентов конструкция перспективных КА мыслится как блок приемопередающей антенны и панелей солнечных батарей, на поверхности которых разместятся в виде отдельных точек компоненты всех видов радиоэлектронной аппаратуры. Лаборатория JPL отрабатывала концепцию малых К А на примере КА для изучения характеристик солнечной короны с гелиоцентрической орбиты, радиус которой составляет половину радиуса орбиты Земли вокруг Солнца. Солнечная корона должна была зондироваться радиосигналами на двух частотах (8 и 32 ГГц). На частоте 32 ГГц предусматривалось использовать фазированную антенную решетку (ФАР), состоящую из более чем 8 тыс. крошечных элементов. Каждый из элементов должен был иметь собственный микро-ретранслятор, что избавляло от использования печатных схем и паяных соединений. В диапазоне 8 ГГц была предложена многостержневая антенна, размещаемая внутри квадратного отверстия ФАР. Перевод КА с околоземной на гелиоцентрическую орбиту должен был производиться с помощью небольшого бортового твердотопливного двигателя (прирост скорости около 1 км/с). К моменту завершения эскизного проекта наиболее целесообразным путем был выбор К А типа * Пионер" за основу конструкции малого КА. Позднее стало ясным, что возможно создание микро-КА новой конструкции с использованием результатов НИОКР по программе СОИ. О возможностях и преимуществах использования микроэлектронной аппаратуры можно судить по двум блокам массой по 7 кг, подвешенным к шарам-зондам, которые были сброшены в атмосферу Венеры в 1985 г. с борта советского автоматического КА "Вега". С помощью этих блоков были успешно изучены характеристики ветров, атмосферная турбулентность и облачность в атмосфере Венеры. 12
1 Интересным является предложение об использовании для исследований на поверхности Марса "змеи", подвешенной на аэростате. "Змея" подобна длинной веревке, которая тащится по поверхности Марса, В дневное время аэростат нагревается и начинает подниматься, но он удерживается на определенной высоте под воздействием силы тяжести части "змеи", оторвавшейся от поверхности. При охлаждении аэростат начинает опускаться. "Змея" используется для .размещения научных приборов,, источников электропитания, приборов для регистрации параметров окружающей среды, телеметрической аппаратуры и другого оборудования. В связи с низкой плотностью атмосферы Марса аэростаты должны иметь очень большие размеры и изготавливаться из очень легкой пленки. Аэростат объемом в несколько тысяч кубических метров сможет поднять груз массой не более 20 кг. Реализацией вышеописанной идеи может стать советский проект по запуску в 1994 г. автоматического КА к Марсу, с борта которого будут сброшены аэростаты для проведения научных исследований. В осуществлении проекта принимают участие специалисты США и Франции. Б.И. Ермишкин "Aerospace Americaf\ 1989, 27, Nb 10, 19-21 4. Усилия Советского Союза по расширению экспорта ракетно-космической техники В статье Ричарда Де-Мейса (один из редакторов журнала "Aerospace America** ) рассматриваются особенности поведения советской делегации на выставке авиационной и ракетно-космической техники, состоявшейся летом 1989 г. в Париже. Автор статьи отмечает активность советской делегации и стремление расширить коммерческие связи с другими государствами. Образцы советской техники и главные конструкторы* советских предприятий были более доступны, чем у некоторых западных стран. Согласно заявлению Арта Дупа (президент#американской фирмы Space Com mercet которая является партнером СССР по маркетингу), Советский Союз в настоящее время не только предлагает свои услуги по запуску иностранных полезных нагрузок (ПН), но и стремится продать свои ракеты-носи- 13
тел и (РН) и главные двигательные установки (ГДУ), используемые на тяжелых РН "Энергия*'. На выставке в Париже была представлена история разработки ГДУ РД-170, устанавливаемых на ускорителях РН 'Энергия* и РН "Зенит" (обозначается в иностранной печати как PHSL-16). В двигателе РД-170 применяется одна камера сгорания и четыре поворотных сопла. Разработка двигателя была начата более десяти лет назад и она базировалась на результатах НИОКР по РН N-1 (на западе обозначалась G-1), которая предназначалась для запуска на Луну советских пилотируемых КК. Разработка РН N-1 была прекращена в начале 70-х годов после трех аварийных запусков. Двигатель РД-170, устанавливаемый на РН "Зенит", развивает в момент старта тягу 740 тс. На обеих ступенях РН "Зенит" (высота РН 57,0 м) используются в качестве топлива жидкий кислород и керосин. Тяга двигателя второй ступени в пустоте составляет 93 тс. До лета 1989 г. было произведено более 13 успешных запусков РН "Зенит" (в большинстве случаев для вывода на орбиту ИСЗ электронной разведки). РН "Зенит" обеспечивает вывод ПН массой 13,7 т на орбиту высотой 200 км. При установке дополнительной ступени от РН "Протон" с тягой двигателя 8,5 тс РН "Зенит" может вывести на переходную к геостационарной орбиту с наклонением 51° ПН массой 3,8 т (при запуске с космодрома Байконур). Как заявил представитель Глав- космоса СССР Сметании, РН "Зенит" может использоваться для запуска пилотируемых КК. По предположению американского специалиста Чарльза Вика, РН "Зенит" используется для запусков пилотируемых транспортных КК "Союз-ТМ" и автоматических грузовых кораблей (АГК) "Прогресс", По грузоподъемности РН "Зенит" находитря в промежутке между РН "Союз" и "Протон" и не предназначается для замены ни одной из этих РН. Согласно заявлению Сметанина, грузоподъемность РН "Зенит" составляет 15,7 т при выводе на орбиту высотой 200 км с космодрома, расположенного близко к экватору, и 4,5 т - на переходную к геостационарной орбиту. Западные фирмы начали изучать вопрос о строительстве стартового комплекса для РН "Зенит* на м. Йорк в Австралии. Сметанин дал высокую характеристику надежности и точности вывода, которые обеспечивает РН "Зенит". При использований двух стартовых установок комплекс может обеспечить 15 запусков РН "Зенит" в течение года. 14
i На выставке в Париже демонстрировался макет советской орбитальной станции (ОС) следующего поколения "Мир~2". Как считает Чарльз Вик, ОС "Мир-2" будет состоять иэ 7-12 модулей и сможет быть использована при пилотируемых полетах на Луну и Марс, Некоторые из модулей будут иметь массу до 100 т (их запуск должен производиться РН "Энергия"). Развертывание ОС "Мир-2" может начаться в 1992 г., а полный ввод в эксплуатацию - в середине 90-х годов, Вик утверждает, что СоЬетский Союз намерен поднять грузоподъемность РН "Энергия" за счет увеличения до шести (вместо четырех) числа боковых ускорителей и установки дополнительной ступени над центральным блоком, В последующем на базе РН "Энергия" могут быть созданы одноступенчатые космопланы и сверхзвуковые средства транспорта. Б.И. Ермишкин "Aerospace America", 1989, 27, № 10, 30-33 5» Предложения фирмы Shimizu по перспективным космическим проектам На конгрессе международной астронавтической организации (IAF)t состоявшемся в октябре 1989 г., японская фирма Shimizu представила предложения по трем космическим проектам, которые могут быть осуществлены в начале 21-го века: космическому отелю, лунной базе и кос- мопорту. Космический отель (срок развертывания - 2020 г.) будет представлять собой орбитальную станцию (ОС) с гравитационной системой ориентации и стабилизации, оснащенную комфортабельными номерами, аналогичными наземным гостиницам. Туристы будут доставляться на борт ОС на двое- трое суток с помощью МВКА, рассчитанного на 80 пассажиров. Лунная база должна создаваться из лунных материалов (лунного бетона) для производства некоторых материалов, например, кислорода и гелия-3. Международный кос- мопорт предлагается построить на одном из островов в Тихом океане в 2000-2020 гг. В состав космопорта войдут центры по НИОКР, производству и запуску МВКА и раз- 15
влекательные учреждения. В разработке проекта космопорта принимают участие такие крупные фирмы Японииркак МН1, МЕС# NEC, Toshiba, Shimizu, Nissho Iwai и Индустриальный банк Японии. Фирма Shimizu проявляет также интерес к проектам космопортов, которые могут быть созданы на о-ве Хоккайдо (Япония), мысе Йорк (Австралия), Гавайский о-вах и в шт. Флорида (США). Перспективные проекты разрабатываются космическим отделением фирмы Shimizu, созданным два года назад и руководимым инженером Сейси Сузуки, Консультантом отделения является бывший директор управления NASDA Ясухиро Ку- рода. В составе космического отделения фирмы Shimizu работает 25 высококвалифицированных сотрудников различных специальностей. Отделение сотрудничает со многими американскими фирмами, работающими по заказам ВВС США и НАСА, например с: Ralph М. Parsons, CSP As so с, Bell and Trotti, Starner Structures, JMB Consultants (создана бывшим директором НАСА Джеймсом Беггэом), Фирма Shimizu проявляет интерес к четырем направлениям космических НИОКР: 1) обслуживание космических полетов; 2) центры связи и комплексы для запуска одноразовых РН и МВКА; 3) наземные станции, космические предприятия и т.п.; 4) базы на поверхности Луны и планет Солнечной системы. Космическое отделение фирмы Shimtzu совместно со своими американскими партнерами ведет НИОКР по роботизированным космическим устройствам, крупным комплексам, собираемым в космосе, системам спасения астронавтов и т.п. Б.И. Ермишкин "Air ct Cosmos", 1989, 27, № 12S3, 40 ВОЕННОЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ КОСМОСА 6. Использование малых КА в военных и научных целях В начале космической эры в США производились запуски ИСЗ массой 1-15 кг. Затем по мере увеличения грузоподъе!^ ности ракет-носителей (РН) масса запускаемых ИСЗ увели- 16
чилась до 1000 кг, В 1981 г. специалисты Лаборатории реактивного движения (jPL) поняли, что для проведения научных космических исследований можно использовать наряду с крупными КА и микро-КА массой порядка 10 кг. Современный уровень развития микро-электронной аппаратуры позволяет создать научные К А массой 1 кг. Использование микро-КА позволит проводить широкие научные исследования, производя по 10-50 запусков таких КА ежегодно. Если авария крупного дорогостоящего КА является серьезной катастрофой, которая может серьезно повлиять на ход осуществления научной программы, то неудачный запуск одного микро-КА не окажет существенного влияния на программу. Сейчас возникли благоприятные условия для разработки и запуска микро-КА, Во-первых, недостаток РН серьезно затрудняет запуски КА и, во-вторых, большинство запусков для проведения1 научных исследований, не связанных с большими затратами и не требующих длительного времени для подготовки, уже осуществлены. Незавершенные программы являются более сложными, трудоемкими и дорогими. Некоторые ученые считают, что практика использования небольшого числа сложных и дорогостоящих КА является неперспективной. На встрече инженеров и научных работников, состоявшейся в июле 1988 г, в лаборатории JPL, было сделано заключение, что: а) создание микро-КА является уже технически возможным; б) использование микро-КА целесообразно в тех случаях, когда необходимо производить одновременные измерения во многих точках пространства (на поверхности планет или малых тел, в разных районах космического пространства) и когда требуются высокие скорости полета. Однако участники встречи сделали предостережение, что микро-КА не применимы для проведения всех видов космических исследований и что их нельзя считать панацеей от всех бед. Возможными областями использования микро-КА являются: определение местоположения источников всплесков гамма-излучения: исследования гравитационных волн; изучение с помощью излучений субмиллиметрового диапазона частиц и космической пыли в пределах Солнечной системы, а также полей в гелиопаузе; картографирование гелиосферных гравитационных полей; изучение морфологии магнитных по- 3-1 17
лей в Солнечной системе. Задачами научного изучения планетных тел являются: съемка их поверхности; мониторинг характеристик атмосферы; проведение геохимических анализов поверхностных пород на местах посадки микро-КА; изучение параметров орбит, по которым они движутся; определение характеристик потоков частиц и полей вблизи Земли и Солнца. Каждый микро-КА будет, по-видимому, предназначен для проведения одного-трех экспериментов, но при этом имеется возможность запуска нескольких КА к одному и тому же объекту исследований в сравнительно короткие сроки по сравнению с существующей практикой запуска (сложных дорогостоящих КА. Основное преимущество использования малых КА - возможность проведения многих экспериментов в короткие сроки. В качестве конкретных примеров проведения космических научных исследований с помощью малых КА рассматриваются: Запуск четырех ИСЗ с помощью РН класса "Скаут" с выводом их на полярные орбиты высотой 500 км, оснащенных аппаратурой для одновременного измерения характеристик магнитных полей и электрических токов. ИСЗ будут рассредоточены в направлении, перпендикулярном плоскости их ор- биты^и удалены друг от друга на расстояниях 3-30 км. Точное пространственное положение каждого ИСЗ будет определяться с помощью спутниковой навигационной системы "Нав стар GPS "• Орбиты ИСЗ позволят сделать "разрезы" плазменных структур в околоземном пространстве, что позволит получить информацию о местоположении, размерах и характеристиках отдельных плазменных структур. Вывод КА на гелиоцентрическую орбиту, которая поэволи пролетать вблизи Солнца на расстоянии около 10 солнечных радиусов. КА будет проходить между Землей и Солнцем каж дые 140 суток. На борту КА предлагается установить маг нитометры и детекторы потоков частиц. КА должен быть ос наивен тепловой защитой, чтобы предохранить бортовую аппа ратуру от интенсивного солнечного излучения. С помощью КА станет возможным изучать магнитные и гравитационные поля и потоки частиц в околосолнечном пространстве. Запус ки серии однотипных КА позволят повысить вероятность успешного выполнения программы научных исследований и изу чить солнечную активность в функции времени. 18
Поиск гравитационных волн с помощью трех микро-КА, на борту каждого из которых установлено только по одному радиопередатчику, с когерентным излучением на наземные станции. Для успешного выполнения программы необходимо запустить не менее трех КА со скоростями, обеспечивающими выход за пределы Солнечной системы. Траектории полета КА относительно Земли должны отстоять друг от друга на расстояниях 120° по долготе. Для обнаружения гравитационных волн необходимо, чтобы удаление КА от Земли было не менее 4 а.е. Прохождение гравитационной волны будет фиксироваться наземными станциями по изменению доплеровского сдвига частоты радиосигнала, идущего с борта КА. Разработка конструкции микро-КА производится главным образом на основе НИОКР по проекту "Лайтсат", проводимыми в соответствии с программой СОИ. ИСЗ "Лайтсат". массой 50-100 кг предполагается выводить на низкие околоземные орбиты с помощью одноразовых РН, а в последующем - электромагнитных ускорителей (ЭМУ). В настоящее время проходят испытания ИСЗ массой более 10 кг» а в последующем будут созданы ИСЗ массой около 1 кг. КА для исследований планет и межпланетного пространства должны иметь бортовые двигательные установки (ДУ), обеспечивавшие прирост скорости около 1 км/с после выхода КА за пределы земной атмосферы. Фирма Rocket— dyne провела испытание бортовой ДУ массой менее 3 кг, в состав которой входит четыре основных сопла, обеспечивающие тягу более 600 Н каждое, четыре малых сопла системы ориентации и стабилизации и соответствующие топливные баки. Другими фирмами созданы миниатюрные гироскопы и акселерометры, которые позволяют изготовить инерциальные измерительные блоки (IMU) массой в доли килограмма. Такой блок IMU, вероятно, еще не отвечает полностью требованиям, предъявляемым к КА для исследований глубокого космоса, но может быть принят за основу для дальнейшей разработки. Ливерморской национальной лабораторией им. Лоуренса разработан датчик слежения за звездами массой 250 г и изготовлена микро-ЭВМ массой 100 г с быстродействием 200 Мфлоп/с и главной памятью емкостью 2 М байт. Система управления массой менее 1 кг, в состав которой входят звездный датчик, микро-ЭВМ и инер-
циальный блок lMUf сможет полностью обеспечить навигацию КА и его ориентацию. Малые К А для космических научных исследований должны оснащаться также энергетическими установками (ЭУ) длительного пользования и радиоаппаратурой для передачи данных при межпланетных дальностях. Концептуальные разработки лаборатории JPL предусматривают использование тер-1 моэлектрических генераторов (RTG) или панелой солнечных батарей. Генератор RTG массой 159 г/ после 5-\петнего полета будет обеспечивать мощность 2 Вт (напряжение 5 В). В этом генераторе предусматривается применение того ядерного топлива, что и в генераторах межпланетных КА "Вояджер* и 'Галилей*. Солнечная ЭУ при массе 32CS г сможет выдавать 5,2 Вт мощности при удалениях до .1 а.е. от Земли. На борту КА необходимы аккумуляторные батареи с емкостью около 10 Вт» мин для покрытия пиковых нагрузок. Передача данных с борта малых К А будет производиться в радио- или оптическом диапазонах. Блок радиоаппаратуры массой 1 кг включает фазированную антенную решетку (ФаР) с электронным управлением для передачи в Ка-диапазоне и для приема в Х-диапазоне. Радиопередатчик предусматривается использовать также в целях навигации и для проведения некоторых исследований в области радио. Блок должен обеспечить передачу данных со скоростью 55 бит/с при дальности 3 а.е. и приеме данных 70-метровой антенной НАСА сети DSN (связь с глубоким космосом). Блок оптической аппаратуры той же массы (1 кг) сможет обеспечить передачу данных со скоростью 1000 бит/с при дальности около 5 а#е# при приемной антенне диаметром 10 м и в условиях безоблачной ночи. В дневное время скорость передачи данных будет снижаться до 1 бит/с. В случае размещения на околоземной орбите приемной антенны диаметром 20 м скорость передачи данных возрастет в дневное и ночное время до 10 кбит/с при дальности 10 а.е. и до 47 бит/с - на удалениях 50 а.е. Передачу предусматривается производить с помощью полупроводникового лазера, работающего на волне длиной 0,8 мкм (ИК-диапазон). Грубое наведение микро-КА на Землю должно осуществляться с помощью телескопа диаметром 10 см, а точное - небольшими зеркалами с пьезоэлектрическим приводом. Энергопотребление во время сеансов связи составит 6 Вт. 20
1 Согласно экскизному проекту камера для съемки космических объектов при массе менее 1 кг и энергопотреблении 4 Вт сможет обеспечить разрешающую способность 7 м/пик- сель при дальности 100 км. Все вышеперечисленные характеристики приборов и бортовой аппаратуры микро-КА соответствуют современному уровню техники, В случае использования новейших технологий масса микро-КА станет значительно меньше 1 кг при выполнении научных программ определенного типа. Традиционной РН можно'произвести одновременный запуск до 50 малых КА или обеспечить разгон одного КА до очень высокой скорости. Фирмой Aerojet Technical Systems разработан концептуальный проект верхней ступени РН размером немногим более баскетбольного мяча, которая может обеспечить перевод с околоземной орбиты на траекторию полета к Луне микро-КА массой 5 кг» Суммарная масса ступени и микро-КА не превышает 15 кг. Многоступенчатые разгонные ракеты на химическом топливе могут обеспечить прирост скорости микро-КА, находящегося на околоземной орбите, до 10 км/с. При таком дополнительном импульсе микро-КА может удалиться от Солнца на 10t 100 и 1000 а,е# соответственно за 2,2, 34 и 390 лет. Еще в 60-годах проводились НИОКР по проекту HARP, при которых с помощью артиллерийских орудий калибром 16,7 и 5 дюймов обеспечивался подъем научной аппаратуры до высоты 144 км. Во время экспериментов с использованием рельсовых пушек производился разгон снарядов массой в несколько граммов до скорости 10 км/с и снаряда массой 1,07 кг - до 2,3 км/с. Ближайшая задача - обеспечить .разгон снарядов массой несколько килограммов до скоростей величиной несколько километров в секунду» Для разработки ЭМУ, разгоняющего снаряд массой 10 кг до скорости 10 км/с, потребуются многие годы. Однако современные ЭМУ уже можно использовать для вывода микро- КА на суборбитальные траектории полета для проведения исследований верхних слоев атмосферы. Б.И. Ермишкин "Aerospace America", 1989, 27, N° 10, 14.-17 21
7, Подготовка к экспериментам по программа СОИ Управление SDIO, которое осуществляет руководство программой СОИ, осенью 1989 г. заключило контракт в сумме 25 млн долл« с фирмой Space Data Corp,, являющейся отделением фирмы Orbital Sciences Corp. (OSC), на разработ- ку, изготовление и запуск до 20 РН для проведения испытания новых технологий, разрабатываемых по программе СОИ. Новые РН предназначаются для запусков полезных нагрузок (ПН) на суборбитальные траектории полета. РН будут создаваться на основе конструкции более 30 исследовательских ракет (ИР) фирмы Space Data Corp .^запуски которых производились более 600 раз» ИР обеспечивали запуски ПН массой до 3 1 т на малые высоты и массой 2,72 т на высоту 900 км. Конфигурация РН будет выбираться в зависимости от задач конкретного космического эксперимента. В качестве возможных кандидатов рассматриваются РН: "Сержант", у которой верхней ступенью будет 3-я ступень от МБР "Минитмен"; "Проспектор", созданная на основе двигателей "Кастор-4"; "Талое Кастор"; "Старббрд"; "Ариес"# Заключением контракта с фирмой Space Data Corp. управление SDIO стремится обеспечить проведение многих экспериментов по программе СОИ одним головным исполнителем. В качестве субподрядчика выступает фирма Teledyne Brown Engineering, которая обеспечит планирование летных экспериментов и оказание другой аналитической помощи, . Запуски РН предполагается производить с м, Канаверал (шт. Флорида) и полигона Уайт-Сандс (шт. Нью-Мексико). . Б,И# Ермишкин "Flight International", 1989, 136» № 4195, 26 8. Подготовка к летным испытаниям противоракеты Е BIS ~ Противоракета ERIS (Exoatmospheric Reentry-vehicle Interceptor Subsystem), которая разрабатывается в соответствии с программой СОИ, в конце 1989 г. проходила этап подготовки к летным испытаниям, намечавшимся на начало 1990 г. Противоракета ERIS предназначается для опробо- 22
вания новой технологии ракеты наземного базирования для поражения летящих МБР противника при малых затратах. Экспериментальный образец противоракеты № 1 (длина 4 м, масса 145 кг) в начале ноября 1989 г. находился на завершающей стадии предполетных испытаний, которые проводились в лаборатории фирмы Lockheed Missiles and Space, Летные испытания должны были проводиться на о-ве Мекк в Тихом океане (Кваджалейнский ракетный полигон). Специалисты фирмы Lockheed» прибыв на о-в Мекк, отрабатывали технологию запуска противоракеты Е РIS. В. декабре 1989 г, намечалось произвести стыковку противоракеты с модифицированной ракетой "Ариес-г", которая должна играть роль дополнительной разгонной ступени, Б.И, Ермишкин "Flight International", 1989, 136, № 4189, 23 9, Спутниковые средства военной связи и разведки во Франции Военная спутниковая система связи Франции "Сиракузы- 1 " была введена в эксплуатацию в 1985 г. Затраты на развертывание системы составили 1,5 млрд фр, (в ценах 1979 г.). В системе используется 26 наземных станций (НС), в том числе: три крупных НС на территории Франции (Шартр, Брест и на юге Франции); 11 корабельных станций; 9 транспортабельных НС; 3 НС тактического назначения, В 1987 г, было принято решение о разработке системы "Сиракузы-2Ж# которая должна заменить систему "Сиракузы- 1" (срок службы истекает в 1992 г.)«Запуск ИСЗ системы '"Сиракузы— 2" намечен на конец 1991 г.. а ввод системы в эксплуатацию - на 1992 г, В новой системе будут использоваться существующие НС, а также намечается установить новые станции на борту легких надводных кораблей, на подводных лодках типа Sna и, возможно, на самолетах большой грузоподъемности. Число НС тактического назначения будет доведено до 80, что обеспечит значительное улучшение системы боевого управления войсками» 23
Система "Сиракузы-2" будет оснащена аппаратурой STEI (Service Technique d'electronique et de 1'informatique - Техническая служба на основе электроники и информатики), которая обеспечит автоматическую обработку сообщений* Военное руководство Франции предполагает осуществить взаимосвязь с военными средствами Великобритании, но при этом могут встретиться большие трудности: в английской системе "Скайнет-41" используется аппаратура засекречивания, несовместимая с аналогичной аппаратурой системы "Сиракузы-2". В 1992-1993 гг. ожидается принятие решения о разработке системы связи "Сиракузы-3", которая может вступить в эксплуатацию в 2001-2002 гг. Исследования по спутниковой системе разведки Телиос* были начаты в 1976 г. Министерство обороны Франции в 1981 г, начало работы по проекту SAMRO, который был в 1986 г. переименован в проект Телиос*. Затраты на этот проект до 1993/1994 фин.г* оцениваются в 7,5 млрд фр, В программе Телиос" решили принять участие Италия (финансовая доля 14%) и Испания (7%)« Запуск первого разведывательного ИСЗ намечен на 1993 п , а второго - на 1998 г. В состав наземного комплекса войдут: центр управления полетом ИСЗ, НС для приема разведывательной информации с борта ИСЗ, центр обработки снимков. Три НС для приема информации будут установлены на территории Франции, Италии и Испании* В разработке системы Тел и ос* принимают участие фирмы Франции, Италии и Испании: Mat га - головной разработчик; Aerospatiale - бортовая разведывательная аппаратура; Schlumberger - запоминающее устройство на магнитных лентах; Alcatel и Crouzet - телеметрическая аппаратура; Selenia Spazio, Fiar и Laben - электронная аппаратура; Acritalia, Casa _ корпус ИСЗ; Senner - механические узлы; Ccisa - логические схемы, Б*И# Ермишкин ••Aviation International", 1989, Nb 992, 40-41 1Ц Запуск РН 'Пегас* ИСЗ "Пегсат" Управление НИОКР МО (DARPA) заказало НИЦ им* Год- дарда (НАСА) ИСЗ "Пегсат" (стоимость 2 млн долл., к масса .204 кг, высота 1,27 м, поперечник 0,42 м), с помощью 24
которого будут регистрироваться во время полета характеристики РН "Пегас" (высота полета, температура элементов конструкции, давления, нагрузки, вибрации). Через минуту после выхода ИСЗ "Пегсат" на расчетную орбиту (высота 603 • км, наклонение 91 f длительность активного участка РН "Пегас" 668 с) с его борта должен быть сброшен экспериментальный связной ИСЗ ВМС США, предназначенный для изучения метеорологических и океанологических условий эксплуатации военных связных ИСЗ, На заключительном этапе полета НАСА намечало использовать ИСЗ "Пегсат" для исследований магнитосферы и ионосферы Земли путем проведения наблюдений с наземных станций за искусственно созданным плазменным облаком. На борту ИСЗ был размещен контейнер (масса 21 кг), содержавший 12 кг бария* Согласно программе полета предусматривался двухкратный выброс бария в околоземное космическое пространство (в период от 60 до 90 суток после вывода ИСЗ на орбиту)» Запуск ИСЗ "Пегсат" должен был производиться с помощью РН "Пегас", размешенной на борту самолета-носителя В-52* Сброс РН намечалось произвести в момент нахождения самолета над Западным испытательным полигоном (WTR) в 80 км на запад от космодрома Ванденберг на высоте 13 км» Согласно первоначальному плану запуск ИСЗ "Пегсат" должен был состояться 22 августа 1989 г*, но затем он был перенесен на 7 декабря 1989 г. РН "Пегас" (длина 18м, диаметр 1,5 м) разработана фирмой Orbital Science Corp* (OSC) совместно с фирмой Hercules Aerospace* РН расчитана на запуск полезных нагрузок (ПН) длиной до 1,8 м и диаметром до 1,15 м* Ее грузоподъемность составляет: 400 кг - при выводе на низ- кую экваториальную орбиту; 185 кг - при выводе на поляр- ую орбиту высотой 400!, км* Самолет-носитель РН "Пе- ас" (В-52) обеспечивает разгон до скорости всего лишь 25 м/с* Затраты на один запуск РН оцениваются в О млн долл. Б*И* Ермишкин "Plight International", 1989, 136, № 4189, 22-23 "Airet Cosmosf\ 1989, 27, 1Mb 1254, 36-37 25
11* Разработка РН " Старт" на базе советских боевых ракет SS-20 Американская фирма Space Commerce Corp» (SCC) и советская организация "Техноприбор" 29 июля 1989 г. подписали меморандум взаимопонимания, которым предусматривается разработка РН ''Старт*' небольшой грузоподъемности на базе советских БР средней дальности SS —20. Трехступенчатая твердотопливная РН "Старт*' (масса 40- 45 т, высота 20 м) обеспечит проведение запусков с подвижной пусковой установки (ПУ). Грузоподъемность РН составит 100-200 кг на орбиты высотой до 500 км при сто*- имости запуска 4-5 млн долл. Советская сторона заявила, что она в состоянии изготовить 300 РН "Старт* в течение 5-летнего периода, РН обеспечит запуски в космос ИЗС коммерческого и научного назначения и составит конкуренцию американской РН "Пегас", разработанной фирмами Orbital sciences и Hercules. Объединение "Техноприбор" является новой советской организацией, которая руководит комплексом по производству боевых ракет SS-20. При производстве РН "Старт" будут использоваться технологии, узлы, агрегаты и производственные мощности, которые не подлежат уничтожению в соответствии с соглашением о ядерных силах промежуточной дальности (INF). В РН "Старт" не предусматривается применение каких-либо деталей существующей ракеты SS -20, запрещенных соглашением INF. Совместная советско-американская фирма намечает испол зовать производственные мощности, созданные в СССР для изготовления ракет SS -20. Предполагается, что систему управления боевой ракеты удастся преобразовать для применения в составе РН "Старт". Комплекс РН "Старт" включает: РН, пусковой контейнер, транспортную машину и вспомогательное оборудование. Проектирование РН намечалось завершить к концу 1989 г. Фирма SCC обязалась провести анализ рынка для РН "Старт* в течение 1990 г. В случае принятия решения о продолжении работ по проекту, летные испытания РН могут быть проведены в конце 1990 или начале 1991 гг. До конца 1993 г. должно быть произведено десять экспериментал ных запусков РН как на территории СССР, так и других стран мира. Фирма SCC хотела бы, чтобы эксперименталь- 26
ные запуски были проведены в Австралии и Бразилии. Она обратится в министерство транспорта США для получения разрешения на запуски с территории США, Б,И. Ермишкин "Aviation Week and Space Technology", 1989, 131, № 6, 21 ПРИКЛАДНОЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ КОСМОСА 12. Программы дистанционного зондирования в США Весной 1989 г» в НИЦ им. Годдарда (НАСА) состоялась конференция по вопросам дистанционного зондирования ( ДЗ) Земли, в которой приняло участие более 500 ученых» На конференции рассматривались в основном вопросы эксплуатации существующей системы ДЗ "Лендсат" и разработки перспективной системы EOS (Earth Observing System - система обозрения Земли), которая ведется в соответствии с программой "Миссия к планете Земля*. Методы осуществления программы "Лендсат" в США Фрэнсис Бретертон (директор Центра космической науки и техники при университете шт, Висконсин в Мэдисоне) назвал "национальным бесчестием". Правительство США в 1984 г, в попытке осуществить коммерциализацию системы "Лендсат" передало частной фирме Eos at все данные ДЗ (полученные ранее и ожидаемые в будущем)» В результате, как считают ученые, стоимость данных ДЗ увеличилась в десять раз и использование их затруднилось. По заявлению Ричарда Уилльямса (картограф и гляциолог Геологической службы США, (JSGS )» "Большинство исследователей имеют очень небольшие средства на приобретение данных ДЗ (150О- 2000 долл.); стоимость снимков системы "Лендсат" выходит сейчас за пределы возможностей индивидуального ученого.«• Если вы хотите участия ученых, то данные ДЗ должны сделать доступными по цене'. Бретертон делает заключение "Мы находимся в самом затруднительном положении: мы тратим деньги и уверены в том, что ничего полезного от этого не получаем*. Руководители банка данных системы "Лендсат", который накапливался в течение 17-ти лет, ведут борьбу с трудное- 4-2 27
тями, возникшими в связи с использованием устаревших ЭВМ и неисправностью блоков магнитных лент. Как утверждает Аллен Уоткинс (директор центра службы USGS в Сью- Фоллс, шт. Южная Дакота, в котором хранятся магнитные ленты системы "Лендсат"), 90% данных, собранных до 1979 г., сейчас являются недоступными". Причиной этого является невозможность продолжать эксплуатацию старых ЭВМ фирмы Xerox, с помощью которых производилась запись магнитных лент. Кроме того, данные о положении ИСЗ и времени съемки были записаны на блоки видеокасет, которые не сохранились. Запись на магнитных лентах со временем разрушается и для сохранения данных необходимо производить перезапись каждые 10 лет. Эта проблема сильно усложнится при вводе в эксплуатацию новых систем ДЗ, объем информации от которых возрастет в сотни раз. Элен Вуд (руководитель службы управления NOAA по хранению спутниковой информации) сообщила участникам конференции, что центры управления NOAA 'тонут в потоках поступающей информации". NOAA сейчас уже не хватает средств для хранения данных ДЗ, а при поступлении огромных потоков информации от системы EOS затраты на хранение информации станут 'ошеломляющими*. Система хранения в настоящее время настолько переполнена данными ДЗ, что специалисты стали называть банки данных "кладбищами данных'. Разработка системы EOS ведется под руководством НАС А. Подготовительные работы проводились более пяти лет под наблюдением отдела науки при Белом доме и Национальной академии наук. НАСА намечает истратить на спутниковые исследования в ближайшие 20 лет (начиная с 1991 г.) от 15 до 30 млрд долл. Программа EOS рассчитывается до 2010 г. Центральным объектом проекта является крупная полярная платформа, которая должна быть выведена на орбиту в 1996 г. На борту платформы намечается установить: а) спектрометр со средней разрешающей способностью для регистрации изменений в растительном покрове и измерений температуры; б) прибор для съемки поверхности Земли с высокой разрешающей способностью (30 м), который благодаря возможности съемки в 196 узких спектральных диапазонах (на ИСЗ "Лендсат* съемка производится в 6 диапазонах) позволит изучать очень тонкие различия ландшафта; в) лазерный дальномер для регистрации перемещений тектонических плит земной коры; 28
г) 16 приборов другого назначения, Япония и агентство ЕКА планируют вывести на орбиты в 90-х годах аналогичные ИСЗ для ДЗ с использованием американской аппаратуры. В случае наличия достаточных средств в 1998 г. будет запущена вторая полярная платформа, а в 1999 г. - геостационарная платформа. Для обработки данных, поступающих от платформ EOSt потребуется новая система стоимостью в 500 млн долл. Запуску крупных платформ должны предшествовать запуски нескольких небольших иЪз для ДЗ: а) в 1991 г. - ИСЗ UARS (Upper Atmosphere Research Satellite) для исследований верхних слоев атмосферы Земли; б) ИСЗ "Топекс/Посейдон"' в 1992 или 1993 гг., разрабатываемый США совместно с Францией; в) японского ИСЗ с РЛС на борту (скат- терометром) для измерения ветров над поверхностью океанов - в 1995 или 1996 гг. Ученые были бы в восторге, если бы все это удалось осуществить в 90-х годах. Но их беспокоит угасание существующих систем для ДЗ при неопределенности планов их замены. В начале 1989 г. возникли проблемы с финансированием эксплуатации стареющих ИСЗ "Лендсат-4 и 5". Только в мае 1989 г. Белый дом обеспечил полное финансирование ИСЗ 'Лендсат", включая разработку ИСЗ "Лендсат-6". Возникли проблемы с прибором Sea—WIES, который должен обнаруживать перемещения планктона в морях и океанах. Последний из этих приборов был установлен на ИСЗ гНим- бус—7" и вышел из строя в 1985 г. Предполагалось установить новый прибор на ИСЗ "Лендсат-6". Однако фирма Eosat f осуществляются эксплуатацию системы "Лендсат" по поручению правительства США, решила исключить прибор Sea-WIFS из состава бортовой аппаратуры ИСЗ "Ленд- сат-6" вследствие финансовых трудностей. НАСА пытается найти новый ИСЗ для размещения этого прибора, а также найти подходящий ИСЗ для установки прибора, следящего за состоянием озонового слоя Земли. Возможно, что последний прибор удастся включить в состав бортовой аппаратуры какого-либо советского ИСЗ. Метеорологическая служба испытывает свои затруднения: из двух геостационарных метеорологических ИСЗ серии GOES сохранил работоспособность только один. Его приходится перемещать по геостационарной орбите в соответствии с сезонными изменениями в Тихом и Атлантическом океанах. 29
Запуск следующего геостационарного метеорологического ИСЗ удастся произвести не ранее 1991 г* Некоторые ученые опасаются, что новый ИСЗ будет выдавать менее надежную информацию, чем старый ИСЗ. Б.И. Ермишкин "Science'1, 1989, 244, № 4910, 1248-1250 13. Разработки ИСЗ для связи и дистанционного зондирования В июле 1989 г. запущен связной ИСЗ нового поколения "Олимп-1". Этот самый совершенный на сегодняшний день связной ИСЗ построен консорциумом из европейских компаний, специализирующихся в области аэрокосмической техники и возглавляемых английской компанией British Aerospace, , Запуск нового ИСЗ осуществлен ракетой "Ариан-3" с полигона Куру во Французской Гвиане. Этот ИСЗ (масса 2612 кг, размах панелей солнечных t батарей 25,7 м) является самым крупным и мощным в мире ИСЗ гражданского назначения, стабилизированным по трем осям* В нем воплощены все новейшие технические достижения» Обычно под дальней связью понимали телефонию и телеграфию. И только недавно это понятие расширилось. Видеоконференции, связь между компьютерами, электронная почта, рассылка данных, распределение видеоинформации, телеобучение, высокоско- . ростной абонентский телеграф являются некоторыми из примеров* Все эти службы испытываются с помощью ИСЗ "Олимп-1*. Для ^приема передач с него потребуются пара^ болические зеркальные антенны диаметром менее 2 м* Европейская комиссия связи (СЕС) предложила всем организациям и учреждениям заменить оборудование, с тем чтобы к 1992 г* организовать единый рынок* Франция приняла решение о разработке четвертого ИСЗ серии "Спот" для продолжения наблюдений земной поверхности и получения ее изображений* Решение принято после того, как французское правительство пересмотрело стоимость ИСЗ после изъятия из состава полезной нагрузки одного из приборов. Ответственной за создание "Спот-4" является французская компания Matra, которая сыграла главную роль в создании первых трех ИСЗ этой серии. 30
Прибором, который будет изъят из состава полезной нагрузки, является мультиспектральное сканирующее устройст- во, предназначенное для прогнозирования урожаев сельскохозяйственных культур и изучения окружающей среды. Он аналогичен прибору, установленному на американских ИСЗ "Лендсат". Наличие прибора потребовало бы увеличения объема передаваемых данных, расширения наземных систем обработки данных и связанных с этим структур. Все это увеличило бы стоимость .системы "Спот-4" примерно на 160 млн. долл., тогда как 'финансирование этой программы остается на прежнем уровне* ИСЗ "Спот-4" должен быть готов к запуску в середине 90-х годов. Его расчетный срок службы будет увеличен до пяти лет (против трех лет у предыдущих ИСЗ этой серии). Будут усовершенствованы два его сканирующих устройства fc с высоким разрешением (HRV), работающие в диапазоне видимого света, путем добавления среднего ИК-диапазона. Датчики для этих устройств на ПЗС будут изготовляться французской фирмой Thomson CSF и заменят изготовлявшиеся американской фирмой Fairchild, устанавливаемые на прежних ИСЗ серии "Спот". Также французского изготовления будут магнитофоны для записи данных (фирма Enertee), которые заменят поставлявшиеся американской фирмой Ode** tics. И это несмотря на то, что французские магнитофоны несколько крупнее, тяжелее и потребляют несколько большую мощность. ИСЗ "Спот-1" был запущен в 1986 г. и продолжает успешно функционировать. Два магнитофона фирмы Odetics в 1986 г. вышли из строя, но данные продолжают записываться на оставшийся, магнитофон или непосредственно передаются на Землю. Первые три ИСЗ "Спот" запускались с таким расчетом, чтобы обеспечивать непрерывное перекрытие земной поверхности с получением изображений, по меньшей мере, до 1994 г., когда будет готов ЙГСпот-4*г# Его стоимость составит 3 млрд. фр., тогда как первые три ИСЗ этой серии стоили по 5' млрд фр. Продолжаются работы по программе EOS. Эта программа, предложенная НАСА, направлена на углубление знаний о земной системе в глобальном масштабе. В этой программе будут использоваться полярные ИСЗ нового поколения, которые будут запущены в сотрудничестве с ЕКА и Японией. 31
Научные исследования по программе EOS будут проводиться учеными 13 стран, включая Австралию. Австралийские исследователи предполагают провести изучение взаимосвязей между климатом, океанской циркуляцией, биологическими процессами и возобновляемыми морскими ресурсами в районе Австралии и Малайзии. В США существует мнение о том, что государственная система дистанционного зондирования не сможет успешно применяться на коммерческой основе до конца этого столетия. Тем не менее, президент Буш распорядился изыскать средства на продолжение сбора данных после того, как , выйдет из строя ИСЗ "Лендсат-6". Этот ИСЗ уже построен и его запуск намечен на 1991 г. Его предшественники ИСЗ "Лен- дсат-4 и 5' пока находятся на орбите. Руководство программы "Лендсат" - компания Earth Observation Satellite Corp. - испытывает серьезные трудности, связанные с решением снять указанные ИСЗ с орбиты* Вся проблема состоит в необходимости изыскать возможности и средства для продления финансирования этой программы» Правительство Индии заявило о соглашении с консорциумом Arabsat по поводу использования приемопередатчика на борту ИСЗ "Арабсат-lC", Это позволит избежать перерывов в работе космического сегмента, связанного с повреждением ИСЗ "Incat-D" при запуске с помощью ракеты 'Дельта". Этот ИСЗ специально предназначался для обслуживания территории Индии. Планируется запуск нового ИСЗ на замену поврежденному. Компания Hughes Aircraft получила предложение Турции на создание 16-канального ИСЗ для правительственной и во* енной связи (Turksat) в диапазонах Ки/Х. Представители компании заявили, что решение по поводу принятия этого предложения пока не принято. В апреле 1989 г. был запушен экспериментальный связной ИСЗ Те1е-Х# На этом ИСЗФ которым владеет консорциум Nordic Satellite Corp. (Швеция, Норвегия, Финляндия), установлены четыре приемопередатчика. Два из них будут использоваться для коммерческой связи в диапазоне 14/12 ГГц, другие два - для непосредственного телевизионного вещания (НСТВ) в диапазоне 18/12 ГПь Прием телевидения будет осуществляться на антенны диаметром от 40 до 90 см. 32
ИСЗ стабилизирован по трем осям и размешен в точке 5 в#д. Масса ИСЗ Ю20 гг. М.Е. Фикс ##ESA Bull11, 1989f П 59,94 "•Aviat. Week and Space Technol.", 1989t 13l,№ 7, 43 •'News Bull, Astronaut, Soc. West, Austral/', 1989, ,,, "SateiK News11 f 1989, 12, № 33, 1, 6, 7 "Def. Dailytf, 1989, 163, H 49, 393 14t Перспективы разработки западноевропейской' полярной платформы PPF для дистанционного зондирования Земли Европейское космическое агентство (ЕКА) изучает перспективы развертывания перспективной западноевропейской полярной платформы (PPF) для дистанционного зондирования (ДЗ) Земли* Для рассмотрения ЕКА предлагается два варианта платформы PPF: Вариант А фирмы British Aerospace (Великобритания) со следующими характеристиками; масса -6 т; габариты - 23 х 10 м; мощность системы электропитания -7,5 кВт, Вариант В Фирмы Matra (Франция): масса - 5т; габариты - 20 х 8 м; мощность системы электропитания - 4,4 кВт, За основу должен быть принят ИСЗ "Спот-4", разрабатываемый фирмой Matra для .ДЗ Земли. Предполагалось, что выбор варианта будет произведен на заседании совета ЁКА * 18-19 октября 1989 г# Но принятие решения было отодвинуто на конце 1989 г. Имеется компромиссное франко-английское предложение, согласно которому за основу должен быть принят проект ИСЗ *Спот-4" (вариант В), включающий в себя ряд характеристик варианта А (например, мощность системы электропитания). Компромиссный ^ вариант обеспечит размещение на платформе ррр полезной нагрузки (ПН) массой 2 т с возможностью ее увеличения до 2,4 т. Согласно решению совета ЕКА от 18—19 октября 1989 г. будут продолжаться работы и по ИСЗ ERS -2# Однако для. участия в разработке ИСЗ ERS-2 центру CNES (Франция) необходимо около 1 млрд фр. Разработка платформы PPF уже идет с опозданием от первоначально намеченных сроков: запуск платформы может сос- 5-1 33
тояться в лучшем случае в середине 1998 г#, а не весной 1997 г. по первому плану. Б.И. Ермишкин •e»Air et Cosmosf\ 1989, 27, № 1256, 42 15. Изучение возможностей применения ИСЗ "Олимп" в США В течение 1990 г. специалисты Технологического института шт. Вирджиния и Лаборатории реактивного движения (США) планируют провести экспериментальные исследования особенностей распространения сигналов с использованием р£ь- диомаяков на 12, 20 и 30 ГГц, установленных на борту ИСЗ "Олимп". Назначение экспериментов состоит в организации сбора данных по затуханию сигналов при распространении от ИСЗ до наземной станции в г. Блэксбург при угле места 14,5°. Планируется также изучение глубины и длительности замираний» Наземная станция содержит четыре приемных терминала» Терминал с рабочей частотой 12 ГГц имеет антенну диамет-. ром 3,6 м. Терминалы с рабочими частотами 20 и 30 ГГц оснащены антеннами диаметром 1,2 м. Передвижной терминал с рабочей частотой 20 ГГц также имеет антенну диаметром 1,2м. Терминал с рабочей частотой 12 ГГц оснащен малошу- мяшим усилителем и преобразователем с понижением частоты до ПЧ 1120 МГц. Сигнал ПЧ подается на станцию сопровождения ИСЗ, где система ведущего генератора синхронизируется с этим сигналом радиомаяка. В фиксированных терминалах на 20 и 30 ГГц имеются входные цепи смесителя и преобразователя частоты с понижением до 1120 МГц. Частоты местных генераторов на этих терминалах задаются ведущим генератором, который синхронизирован с радиомаяком на 12 ГГц. Это обеспечивает когерентность сигналов трех местных генераторов. На станции сопровождения ИСЗ приемники ПЧ имеют дополнительные преобразователи частоты с понижением до 9 МГц, после которых осуществляется узкополосная фильтрация и детектирование посредством квадратурных детекторов. Каждый выходной сигнал пропускается через фильтр нижних частот (3 Гц) и квантуется с частотой 10 Гц. Предусмотрена фильтрация на частоте 30 Гц и квантование на 100 Гц при наличии быстрых замираний или сцинтилляций. 34
В радиометрах на 12, 20 и 30 ГГЦ используются те же входные цепи, что и в основных приемниках. Шумы фильтруются на ПЧ 1120 МГц, после чего сигнал детектируется квадратичным детектором. Радиометр очень чувствителен к изменениям коэффициента усиления усилителей РЧ и ПЧ, вызывающим такие же изменения на выходе, что и изменения шумовой температуры антенны. Передвижной терминал с рабочей частотой 20 ГГц также включен в состав экспериментального оборудования. Его антенна будет использоваться в экспериментах по мелкомасштабному пространственному разнесению для борьбы с замираниями сигналов. Предполагается, что такое разнесение будет менее 50 м. В комплект экспериментального оборудования включена РЛС Х-диапазона с излучаемой мощностью 50 кВт для обзора и раннего обнаружения приближающегося дождя. Для обнаружения и анализа гроз и ураганов возможно также применение РЛС S -диапазона. Эта РЛС будет применяться для сбора информации о распределении по дальности и высоте дождевых туч вдоль трассы. Система сбора данных выполнена на основе персонального компьютера IBM -60 PS -2 и 16-разрядных преобразователей аналог-код на выходе каждого приемника и радиометра. ЭВМ также управляет всеми процедурами при экспериментах, осуществляя одновременно контроль всего оборудования. Собранные данные записываются на жесткий диск, а затем в удобное время переписываются на магнитную ленту для последующей обработки. В условиях непрекращающегося дождя в сутки можно собрать 38 Мбайт информации. В районе г, Блэксбург, где установлена приемная стан- ция, находится самая дождливая зона, где интенсивность дождя бывает больше, чем где-либо в Европе (до 50 мм/ч). Возникающее при этом затухание сигналов является одной из главных проблем для частот 20 и 30 ГГц . при угле места 14°. В связи с этим представляет большой интерес проблема управления мощностью сигналов при передачах на ИСЗ. Алгоритм управления мощностью может быть реализован в реальном времени как часть экспериментов, с тем чтобы проверить точность адаптивной регулировки мощности передатчика на частоте 30 ГГц. Однако предпочтительнее записать затухание с достаточно высокой частотой квантования и продолжать испытания с последующей обработкой записанных данных. 35 5-2
Специалисты Лаборатории реактивного движения изучают потенциальные возможности персонального доступа к спутниковой системе, который обеспечит пользователям свободу и мобильность. Основной упор делается на разработку системы с высокой степенью гибкости и большим числом возможных применений с использованием радиотелефонных служб и служб с низкой скоростью передачи данных. Для таких персональных терминалов предусматриваются следующие применения: - радиотелефонная связь; - запросы базы данных; - поисковый вызов; - радиовешание с низкой скоростью передачи данных; - дистанционный мониторинг; - связь при критических ситуациях и катастрофах. Основное требование, предъявляемое к системе, состоит в необходимости обеспечения компактности станций пользователей, что накладывает ограничения на размер антенны терминала. В соответствии с концепцией системы персонального доступа предусматривается применение трех сегментов: космического, сегмента пользователей и наземного сегмента. Предусмотрены также две линии связи: источник-пользователь и пользователь-источник. Во всех случаях передачи на ИСЗ ведутся на частоте 30 ГГц, вниз - на частоте 20 ГГц. Для обеспечения устойчивой работы на ИСЗ предусмотрена 3-метровая зеркальная антенна с рабочей частотой 20 ГГц и 2- метровая — для работы на частоте 30 ГПх. В результате обеспечивается коэффициент усиления 52 дБ. На терминалах пользователей использована антенна диаметром 0,3 м с коэффициентом усиления 34 дБ. Предполагается, что приемопередатчик ИСЗ "Олимп" на 20/30 ГГц может быть использован для демонстрации концепции персонального доступа через ИСЗ. Это может быть осуществлено путем участия в программе CODE. Система CODE позволяет пользователям, оснащенным персональным компьютером, подключаться к небольшой наземной станции, с тем чтобы иметь доступ к центральной станции. При этом антенна терминала пользователя должна иметь диаметр 1 м, мощность передатчика терминала и шумовая температура должны быть соответственно 0,17Вт и 545 К. Это обеспечивает эффективную излучаемую мощность 36,3 дБВт и отношение G/T приемника 12 дБ/К. Затухание сигналов при 36
ясном небе предполагается равным 7 дБ на частоте 30 ГГц и 6 дБ - на частоте 20 ГГц» В системе персонального доступа при эксперименте максимальная необходимая мощность передатчика составляет 1,7 Вт. При ясном небе и затухании 6 дБ она может понижаться до 0,4 Вт. При появлении дождя и возрастании затухания выходная мощность повышается до своего максимального значения 1,7 Вт. М.Е. Фикс "Olympus Util. Conf.: Proc. Int. Conf." Vienna, 12-14 Apr., 1989, Noordwijk, 1989,157-163 16. Эксперименты компании British Telecom с ИСЗ "Олимп" Английская компания British Telecom (ВТ) запланировала целый ряд экспериментов с ИСЗ "Олимп", направленных на испытания, доработку и проверку концепций нового связного оборудования. Так же, как и в других технических направлениях, для спутниковых систем необходимы непрерывающиеся исследования, направленные на совершенствование методов и средств связи. Необходимо также провести анализ состояния и тенденций развития спутниковой связи и связанного с ней рынка. Для этой цели требуется проведение разносторонних экспериментов, включая и эксперименты с применением ИСЗ. При этом специалисты ВТ планируют использовать в полной мере все имеющееся оборудование ИСЗ "Олимп". Планируются эксперименты двух категорий: - испытания, направленные на проверку технической и операционной жизнеспособности новой техники или службы; - испытания, направленные на демонстрацию достоинств спутникового варианта службы. Ниже кратко рассматриваются планируемые эксперименты. Многостанционный доступ с временным уплотнением при работе с одной боковой полосой (МДВУ7ОБП). Главное преимущество ИСЗ перед наземными средствами дальней связи состоит в возможности охвата больших географических районов. Если это преимущество используется при одном луче, мощность передатчика усредняется по всему перекрываемо- 37
му району, а его пропускная способность относительно мала. Число приемопередатчиков ограничивается отведенным диапазоном частот и допустимой массой оборудования при запуске. Один из путей увеличения пропускной способности мог бы состоять в добавлении еще одного ИСЗ в другой точке, однако это увеличивает стоимость как космического, так и наземного сегментов. Улучшает показатель стоимость/эффективность другой путь, состоящий в обеспечении требуемого перекрытия с помощью пучка точечных лучей, в каждом из которых обеспечивается достаточно высокая излучаемая мощность. Эти несоприкасающиеся лучи могут создаваться различными приемопередатчиками, работающими на одной и той же частоте. Возникающие при этом трудности связаны с необходимостью создания соединений между лучами. Однако при цифровой телефонии с МДВУ проблема может быть преодолена с помощью быстрого переключения на 0орту ИСЗ. При этом может коммутироваться любая пара лучей* Такие возможности в ИСЗ "Олимп"' предусмотрены, так что ВТ планирует эксперименты в этом направлении провести в полном объеме. Противодействие затуханию сигналов в диапазоне 20/30 Р В диапазоне С и даже Ки в большинстве районов мира практикуется принятие мер по противодействию затуханию сигналов при распространении. Обычно • это делается за счет повышенной эффективной излучаемой мощности, с тем чтобы ком-» пенсировать кратковременное снижение мощности сигнала. В Ки -диапазоне, где затухания могут быть весьма глубоки- > ми, требуется принятие более эффективных мер. Специалисты ВТ планируют изучение различных альтернативных методов противодействия затуханию сигналов, среди которых наиболее существенными представляются методы, основанные на разнесении частоты, пространственном резне* сении и распределении ресурсов ИСЗ. Техника разнесения связана с большими затратами. Поэтому было решено сосредоточиться на распределении ресурсов ИСЗ. При этом, поскольку ИСЗ "Олимп" не оснащен устройством для -перераспределения мощности приемопередатчика по отдельным линиям связи, для экспериментов выбрано перераспределение либо диапазона частот, либо временных интервалов. Вещание для узкого круга пользователей. Здесь речь идет об одностороннем распределении данных из одной точки в большое число других точек для ограниченной аудитории. Ес- 38
ли например необходимо разослать идентичные документы из одного источника в большое число приемных точек в пределах большой географической площади, обычными наземными средствами это осуществить весьма дорого. С применением же ИСЗ это обходится существенно дешевле и незначительно дороже, чем при передаче между двумя точками. Эксперименты с вещанием для узкого круга пользователей с применением ИСЗ необходимы для того, чтобы убедиться в достижении .требуемого качества сигнала, а также в том, что не оказано необратимое воздействие на исходный видеосигнал. Эти эксперименты не обязательно должны проводиться на частотах непосредственного спутникового телевизионного вешания ( НСТВ), однако на ИСЗ "Олимп" оборудование для НСТВ имеется, так что представляется удобным использовать такую возможность, которой на других ИСЗ может не быть. Существенным достоинством применения оборудования ИСЗ "Олимп" является то обстоятельство, что при этом появляется возможность демонстрации указанной новой формы обслуживания для потенциальных пользователей в пределах больших площадей. Центральным моментом вещания для узкого круга пользователей является формирование группы из большого числа периферийных терминалов и демонстрация возможности обращения к ' ряду географически разнесенных пунктов назначения посредством спутникового телевизионного канала. Изучение особенностей распространения сигналов. В течение длительного времени специалисты ВТ для измерений радиометры и спутниковые радиомаяки. Основное назначение проводящихся измерений состоит в создании базы данных по затуханию и деполяризации сигналов при наклонном распространении через атмосферу. Радиометрические данные, полученные с радиомаяков на более низких частотах, позволяют путем экстраполяции получить данные применительно к диапазону 20/30 ГГц. Эти данные будут подкрепляться результатами измерений с помощью спутниковых радиомаяков в Ка-диапазоне, что позволит повысить точность результатов и получить дополнительные данные по кроссполяризации сигналов. Специалисты ВТ оснастили свои приемные станции оборудованием с рабочими частотами 12,5; 19,7 и 29,7 ГГц. При этом будут приниматься сигналы с углом места до 28 . M.Ei Фикс "Olympus Util. Conf.: Ргос. Int. Conf.*\ Vienna, 12-14 Apr., 1989, Nooidwijk, 1989, 279-284 3g
17. Использование ИСЗ "Олимп" для экспериментов по организации служб связи в Италии Запуск ИСЗ "Олимп" позволяет провести ряд экспериментальных исследований и демонстрационных работ весьма важных для отработки технических средств для оснащения ИСЗ следующих поколений. Для будущих систем, вероятно, понадобится зональное или даже точечное перекрытие, с тем чтобы обеспечить снижение размеров антенн наземных стан-* ций и расширение доступного диапазона частот (на основе многократного использования частоты). Такие возможности обеспечат большую гибкость сетей связи, появление новых служб, повышение качества работы систем. При этом предполагается работа как в диапазоне 20/30 ГГц, так и на более низких частотах. Поскольку в диапазоне 20/30 ГГц сигналы подвержены затуханию из-за дождя, весьма важно, с точки зрения про- ектирования будущих систем, , получить более детальную информацию о работе возможных связных систем в ..указанных диапазонах. При этом уделяется внимание как разработке новых стандартов по качеству, так и изучению методов противодействия эффектам затухания сигналов. В связи с этим в Италии специально создана группа (ISPT)# которая разработала ряд предложений по испытаниям различного оборудования с использованием ИСЗ "Олимп". Основное внимание в этих предложениях уделяется связному оборудованию, работающему в диапазонах 12/14 ГГц и 20/30 ГГц. Начало экспериментов запланировано на 1990 г. Ниже кратко рассматриваются основные из запланированных работ. Видеоконференции между двумя пунктами (телемосты). Видеоконференции между двумя пунктами организованы в качестве фиксированных спутниковых служб с хорошо определенными характеристиками и стандартами. Эти видеоконференции будут проводиться с целью изучения эргономических аспектов и реакций пользователей на такой тип службы в диапазоне 20/30 ГГц через ИСЗ* Указанные исследования необходимы в качестве предварительной фазы к введению видеоконференций между многими пунктами. Видеоконференции между многими пунктами. В этом случае применяются только два спутниковых видеоканала с переключением доступа к космическому сегменту. При этом обеспечивается передача звука и изображения от настоящего 40
и предыдущего оратора под контролем председательствующего. Передача звука обеспечивается в системе во все аудитории. Такой эксперимент может рассматриваться как нормальное развитие работ между двумя пунктами в тех же частотных диапазонах, призванных оценить взаимодействие пользователь-служба, влияние службы на повседневную жизнь в научном и техническом плане. ♦ Частотное разнесение. Этот двухдиапазонный эксперимент предполагает использование двух комплектов оборудования: на 12/14 ГГц и на 20/30 ГГц. Он направлен на повышение степени доступности спутниковых связных систем. Частотное разнесение рассматривается как эффективный адаптивный метод преодоления высокого затухания при распространении сигналов в диапазоне 20/30 ГГц. При этом эксперименте станция будет использовать диапазон 20/30 ГГц до тех пор, пока условия распространения сигналов не ухудшатся до определенного порога, когда будет выгоднее переключаться на диапазон 12/14 ГГц, Станции, находящиеся в хороших условиях, будут продолжать работать в диапазоне 20/30 ГГц. При этом будут внедрены надежные процедуры переключения диапазонов. Эти переключения будут осуществляться с помощью ведущей наземной станции, координирующей доступ к ИСЗ. Мелкомасштабное пространственное разнесение. Прост- , ранственное разнесение является другим подходом к решению проблем противодействия аатуханию ,сигналов при распространении в диапазоне 20/30 ГГц. Основная суть метода состоит в применении пары разнесенных станций на каждом конце линии связи (если оба конца линии находятся в дождливых районах), с тем чтобы соединять одного пользователя с другим через ИСЗ. Передача и прием на каждом конце линии связи могут осуществляться через одну из пары станций, находящуюся в лучших погодных условиях. Для того, чтобы достичь существенного выигрыша без увеличения размеров антенн наземного сегмента, разнос между станциями на одном конце линии связи должен быть, по возможности, максимальным, с тем чтобы превосходить горизонтальную протяженность дождевых туч. Для получения требуемых результатов, природных jinst, практического использования, необходимо проводить наблюдения в течение 1000- 1500 часов. 41
Организация многостанционного доступа с временным уплотнением (МДВУ). Первые эксперименты с МДВУ будут проведены в диапазоне 12/14 ГГц, что продиктовано, глав~ ным образом, необходимостью настройки и испытаний (в плане как аппаратных, так и программных средств) эффективного контроллера МДВУ для спутниковой коммерческой сети связи. На следующих этапах предполагается проводить эксперименты и в диапазоне 20/30 ГГц. Скорость передачи данных будет находиться в пределах от 1 до 8 Мбит/с. Телеобучение. В процессе этих экспериментов предполагается рпробование и получение оценок новой спутниковой службы, представляющей собой новый метод обучения. Планируется использование небольших наземных станций, располагаемых вокруг центральной станции (центра обучения). Передачи с центральной станции на периферийные будут вестись со скоростью 384-512 кбит/с, в обратную сторону - 64 кбит/с. Разнообразие услуг. С технической точки зрения чем выше частота, тем меньше размеры приемной антенны. Однако с ростом частоты возрастает затухание сигналов, так что линия связи может оказаться недействующей в течение определенного отрезка времени. По этой причине приходится выбирать компромиссное решение между качеством и доступностью линии связи и между доступностью линии и стоимостью службы, с тем чтобы обеспечить рост спутниковой сети. Концепция этого эксперимента базируется на том предположении, что специфическая служба может быть обеспечена при адаптивной скорости передачи данных, являющейся функцией атмосферных условий. При этом предполагается применение одной ведущей станции, с которой связано большое число небольших станций, таким образом связанных и между собой. Предполагается также и отработка алгоритмов кодирования. Синхронизация атомных часов и измерения дальности. Этот эксперимент планируется проводить в диапазоне 20/ 30 ГПх, однако дополнительные данные должны будут получаться и в диапазоне 12/14 ГПх. При этом будет передаваться фазовоманипулированный сигнал со скоростью 2 Мбит/с модулированный псевдослучайной последовательностью. Будут изучаться точность, с которой может быть осуществлена синхронизация атомных часов посредством спутниковых линий связи. Применяемая методика базируется на дифференциаль- 42
ной задержке сигналов между двумя станциями, передающими эти сигналы одна другой. Станции будут передавать модулированные сигналы на той же частоте, но с разными кодам и. Как вторичный результат эксперимента - возможно измерение расстояния до ИСЗ и скоррсти изменения этого расстояния. Кодирование для мобильной радиосвязи. Назначение этого эксперимента состоит в изучений техники кодирования со скоростью 16 кбит/с для мобильной радиосвязи. Предполагается применение двух станций, связанных одна с другой при скорости передачи данных 64 кбит/с. Этот канал рассматривается как одно целое с каналом с меньшей скоростью передачи - 16 кбит/с, принятой для мобильной радиосвязи. Эксперимент направлен на оценку влияния задержки распространения сигналов на технику кодирования при скорости передачи 16 кбит/с. Следует заметить, что служба цифровой мобильной радиосвязи рассчитана на задержки порядка 80 мс. Передача цифрового телевидения. Цифровое телевидение представляется перспективной службой, которая будет реализована в не столь отдаленном будущем благодаря достижениям в области цифровой техники. Предложенный эксперимент направлен на изучение качества цифрового телевидения, передаваемого с ИСЗ, для дальнейшего внедрения на частоте 23 ГГц. Предполагаются две фазы эксперимента. В течение первой фазы будут использоваться передачи со скоростью 34 Мбит/с. Для этой цели создается комплект соответствующего оборудования. В дальнейшем предполагается изучение возможностей организации передач спутникового телевидения высокой четкости на тех же частотах. М.Е. Фикс "Olympus Util. Conf.: Proc. Int. Conf/\ Vienna, U-14 AprM I989f Nooidwijk, 1989, 269-275, 173-179 18. Опыт работы с сетями VSAT в Северной Америке С 1985 г. наблюдается резкий рост ойутниковых сетей связи с использованием терминалов с очень малой апертурой (VSAT), особенно в США. Эти сети, обеспечивая развитие и применение новой техники и экономические выгоды, крайне желательны для пользователей с широко разветвлен- 43
ными структурами, требующими специализированных линий связи для передачи данных в центральное звено. Наилучшей иллюстрацией первой рабочей сети VSAT может служить система "Марисат" (1976 г.), в которой используются антенны диаметром 1 м, устанавливаемые на судах. Работа системы осуществляется в L -диапазоне и обеспечивает телекс и радиотелефон между судами и берегом через ИСЗ. Разработаны различные рабочие системы для обслуживания территории США с использованием передач с низкой излучаемой мощностью в С-диапазоне при 5-метровых приемных антеннах. Эти системы предназначены для организации частных сетей связи, типичным примером которых может служить сеть Cylix • В США первым чисто коммерческим применением терминалов VSAT явилась сеть распределения данных, работающая в С-диапазоне. Сотни небольших антенн были установлены по всей территории США для приема информации с центральной распределительной станции (центрального пункта). Хотя при этом необходим весьма развитый космический сегмент, все же такая сеть с односторонней передачей данных оказалась весьма перспективной с точки зрения показателя стоимость/эффективность, продемонстрировав перспективность концепции сетей VSAT. Позднее была введена в строй интерактивная система VSAT* Здесь были применены 1,2-метровые антенны на треножниках (для удобства транспортировки), обеспечивающие передачу данных со скоростью 56 кбит/с с терминалов на центральный пункт через ИСЗ SBS» При этом, кроме передачи данных, обеспечивалась и радиотелефонная связь. В состав сети входило более 200 терминалов VSAT» Интегральная сеть VSAT содержит центральный пункт (обычно располагаемый в центре сети), используемый обычно в качестве интерфейса для поступающих данных, большое число терминалов VSAT в местах расположения пользователей, подключенных к центральному пункту через ИСЗ, а также оборудование для контроля и управления сетью. Ниже приводятся некоторые детали применительно к системам VSATt развернутым компанией Hughes Network Systems (HNS) для большого числа пользователей во всем мире* Обычно наиболее важное требование, предъявляемое к сети VSAT, состоит в необходимости бесперебойной передачи данных от центрального пункта к большому числу удаленных пользователей. Кроме передачи данных необходимо обеспечить 44 .
радиотелефонную связь, а также передачу видеоинформации. Вследствие большого разнообразия передаваемых данных и специфичности их характеристику целью оптимизации использования космического сегмента и пропускной способности системы, внутри нее применяются различные режимы доступа. Передачи с центрального пункта на все удаленные терминалы осуществляется с применением непрерывного с временным уплотнением потока данных со скоростью 512 кбит/с (возможны и другие скорости передачи). По мере необходимости, с целью расширения сети, могут быть организованы дополнительные потоки данных. Каждый терминал принимает такие передачи и анализирует состояние посылок, адресованных данному терминалу. При этом каждый терминал работает совместно с центральным пунктом! на основе многостанционного доступа с временным уплотнением. Доступ управляется контроллером центрального пункта. Обычно радиочастотное оборудование центрального пункта включает антенну диаметром от 5 до 9 м, усилители мощности, малошумяший приемник, преобразователи частоты и соответствующее оборудование для контроля и управления. Все оборудование зарезервировано. Терминалы обычно оснащаются антеннами диаметром от 1,2 до 1,8 м, усилителями мощности с выходной модностью от 1 до 2 Вт, оборудованием для обработки данных на основной частоте,, управляемым с центрального пункта. Резервирование обычно не практикуется. Применение терминалов VSAT постоянно расширяется*. В настоящее время компания HNS развернула более 4000 терминалов, работающих через 16 центральных пунктов. Более 20000 терминалов должны быть установлены в ближайшие два года. Концепция сетей VSAT уже повсеместно принята и одобрена большинством специалистов и пользователей. Рынок терминалов VSAT в США продолжает стремительно расти. При этом ожидается улучшение их технических характеристик и одновременное снижение стоимости, что будет спосЬбствовать дальнейшему расширению применения. В Европе, в силу ряда сложностей (включая и неправильную техническую политику), развитие национальных и международных сетей ожидается после 1992 г. Значительный потенциальный рост сетей VSAT обусловлен развитием систем С-диапазона. Дело в том, что многие зоны на земном шаре не обслуживаются ИСЗ с обору- 45
до&анием К и-диапазона, в то время как в обслуживаемых зонах Ки -диапазон не очень подходит из-за влияния погодна климатических условий. Наиболее важным достоинством сетей VSAT является возможность обеспечения радиотелефонной связи, что особенна существенно для развивающихся стран. Недавние достижения в области цифровой обработки сигналов позволили создать устройства кодирования речи со скоростью 16 кбит/с. Это обеспечивает возможность создания дешевых терминалов VSA с радиотелефонной связью, работающих весьма устойчиво. В настоящее время разрабатываются программные средства, позволяющие более эффективно управлять работой терминалов с центрального пункта. М.Е. Фикс "Olympus Utii. Conf.: Proc. Int. Conf.*\ Vienna, 12-14 Apr.f 1989, Noordwijk, 1989, p. 25- «30 19. Развитие спутниковой системы связи "Инмарсат" Спутниковая система связи (ССС ) 'Инмарсат* (Inmarsat- International Maritime Satellite Organization ) получила свое наименование в 1979 г., когда она была создана для обеспечения связи с морскими судами. В 1989 г., через десять лет после начала эксплуатации, ССС "Инмарсат* наряду с морскими судами имела в числе своих пользователей уже и подвижные наземные машины и самолеты. Усложнились условия работы системы в связи с противоречиями, которые возникают при кооперации и конкуренции с другими международными, национальными и региональными системами связи, а также в связи с необходимостью обеспечивать высокое качество обслуживания и достаточный уровень прибылей. Как считает генеральный директор организации "Инмар- сат" Олоф Лундберг* основная задача организации - обеспечить лидирующее положение в спутниковой связи и навигади с подвижными пользователями, сохранить и привлечь новых клиентов за счет обеспечения надежной, экономически эффек тивной связи с помощью новой техники и в новых областях использования. Членами организации 'Инмарсат* являюгся фирмы и организации 57 государств. Наиболее крупные совладельцы: фирма Comsat (США) - 25,7%, капитала; British 46
fefecom (Великобритания) - 15,9%; Норвежская администрация телекоммуникаций - 11,8%; Kokusai Denshin Denwa (Япония) - 10,5%. В начале 1989 г. организация "Инмарсат" стала обслуживать самолеты, включая передачу данных с малой и высокой скоростью и голосовую связь. Передача данных с низкой скоростью обеспечивается с помощью простых бортовых антенн с невысоким усилением. Она включает передачу оперативных сообщений, метеосводок, указаний по управлению воздушным движением, сообщений о положении самолета, указаний по обеспечению необходимых летных характеристик и безопасности полета» Для установления голосовой связи и передачи данных с высокой скоростью на борту самолета необходимо использовать более совершенные управляемые антенны с высоким усилением. Как заявил Петер Вуд (руководитель отдела по обслуживанию самолетов организации "Инмарсат"), к концу 191Э1 г. голосовая связь и передача данных на борт самолетов будут обеспечиваться с помощью не менее 12 наземных станций (НС). Благодаря запуску в 1990 г. трех ИСЗ "Инмарсат-2" смогут быть обеспечены все потребности гражданской авиации. В связи с расширением других ССС возникают проблемы по обеспечению сотрудничества и преодолению конкурентных противоречий. Организация "Инмарсат* назначила английского специалиста Роя Гибсона руководителем работ по ИСЗ серии *Ин~ марсат-2", придав ему аппарат в количестве 10-15 человек. На Гибсона и его аппарат возложена также задача вести разработку ИСЗ серии "Инмарсат-З". Изготовление четырех ИСЗ *'Инмарсат-2*г производится фирмой British Aerospace совместно с фирмами Hughes Aircraft (США) и Mat га (Франция). В связи с трудностями, встретившимися при разработке некоторых компонентов ИСЗ (у фирмы Hughes - антенна L -диапазона и усилители мощности; у фирмы Lockheed - топливные баки; у фирмы МВВ - двигатели с тягой ЮН; полупроводниковые диоды и т.п.), срок запуска первого ИСЗ "Инмарсат-г* отодвигается на 18 месяцев. Запуск ИСЗ состоится в период с октября 1990 по февраль 1991 гг* Ведутся переговоры о закупке РН "Ариан" (фирма Arianespace ) или "Дельта-2" (McDonnell Douglas) для запуска ИСЗ "Ин- марсат-2". 47
Объявлен конкурс на разработку следующего поколения ИСЗ ("Инмарсат-3"), в котором принимают участие четыре группы фирм: 1) Aerospatiale, Alcatel Espace, Ford, Mitsubishi; 2) Matra British Aerospace, NEC; 3) GE и Marconi; 4) Hughes Aircraft. Заключение контрактов намечено на декабрь 1990 г. Предусматривается изготовление 3-4 ИСЗ с правом заказать еще 9 ИСЗ, Запуск первого ИСЗ "Инмар- сат-4" должен состояться в июне 1994 г., а последующих четырех ИСЗ в 1994 - 1997 гг. Б.И, Ермишкин "Aerospace America", 1989f 27, М> 10, 13 "'Air et CosmosM,1989, 27, № 1258, 27 20. НИОКР агентства ЕКА по экспериментальным связным ИСЗ TM/SAT-2 и DRS Европейское космическое агентство (ЕКА) осенью 1989г. решило начать НИОКР по двум экспериментальным связным ИСЗ, которые должны войти в состав инфраструктуры орбитальной станции (ОС) "Колумб* и МВКА "Гермес", Первый из них именуется SAT -2 или ТМ (Technology Mission,), второй -DRS (DataRelay Satellite; - ИСЗ для передачи данных), ИСЗ DRS будет выполнять функции, аналогичные функциям американского ИСЗ TDRS, , т,е, обеспечивать передачу, данных на наземные станции (НС) с борта полярной ОС "Колумб* и МВКА "Гермес", а позднее - с платформы свободного полета MTFF. До марта 1990 г. тринадцать государств-членов агентства ЕКА должны были подтвердить свое участие в программах TM/SAT-2 и DRS. . Затраты на эти программы оцениваются в 1,3 млрд экю (более 9 млрд фр, фр в ценах 1988 г.), в том числе на ИСЗ TM/SAT _ 530 млн экю (3,7 млрд фр.фр Три ИСЗ DRS обойдутся в 770 млн экю (5,4 млрд фр.фр,)• В приведенных выше затратах оцениваются расходы на запуск с помощью РН "Ариан-4*. Каждый заруск будет стоить 80 млн экю (560 млн фр, фр.). В конструкции ИСЗ TM/SAT-2 и DRS будет использоваться один и тот же корпус, что позволит сократить затраты на разработку. ЕКА рассматривает два предложения по корпусу ИСЗ: 1) фирма Selenio Spazio (Италия), которая из- 48
готавливает два ИСЗ серии "Италсат"; 2) фирмы Matra (Франция) - разработчика ИСЗ "Евростар", который явится основой для 13 связных ИСЗ разных стран. Испытания ИСЗ TM/SAT-2 будут предшествовать окончанию разработки ИСЗ DRS, что позволит проверить работоспособность новых элементов конструкции: связной аппаратуры в диапазонах S и К а ; оптической связи Si lex с использованием лазерных диодов; антенн с надувными рефлекторами L-диапазона; аппаратуры электронного сканирования S -диапазона; бортовой системы обработки данных ОВР, которая обеспечит связь с НС сети VSAT' Масса , связной аппаратуры ИСЗ TM/SAT-2 составит от 420 до 480 кг, в том числе: аппаратура S-диапазона - 130-150 кг; аппаратура L -диапазона - 130 кг; оптическая аппаратура - 100 кг; система ОВР - 50-60 кг. Масса ИСЗ составит около 2,2 т, что обеспечит его запуск РН "Ариан-4" (ожидаемый срок запуска - конец 1993 г.). Запуск двух ИСЗ DRS намечается на начало - середину 1996 г., а третий ИСЗ будет находиться в резерве в хранилище* Система DRS войдет в эксплуатацию при использовании двух геостационарных ИСЗ (точки стояния 44° з.д. и 59° в.д.). При таком размещении система DBS будет дополнять перспективные спутниковые системы передачи данных ATD^SS (США) и DRTS (Япония). Эти три системы обеспечат глобальный охват благодаря использованию одних и тех же частотных диапазонов, в особенности диапазонов S и Ка (23-26 ГГц). Пока в системах ATDRSS и DRTS предполагается использовать Ка_дИапазон. Основные технические характеристики ИСЗ DRS: масса- 2,2 т; масса ПН - 400 кг; энергопотребление - 1600 Вт; расчетный срок службы - 10 лет. На борту ИСЗ предполагается использовать аппаратуру трех вариантов: 1) диапазонов S и Ка и антенны с механическим сканированием, а в качестве дополнения оптическую аппаратуру Silex фирмы Matra; ; г) аппаратуру S -диапазона и антенну с электронным сканированием! но без аппаратуры Silex;; 3) аппаратуру S -диапазона с электронным сканированием и оптическую аппаратуру. Франция отдает предпочтение третьему варианту бортовой аппаратуры, но в этом случае запуск ИСЗ придется перенести на 1997 г. Выбор варианта предстоит сделать в конце 1991 г. Б.И. Ермишкин ••Air et Cosmos", 1989, 27, № 1258, 39-40 : ~~ 49 7-1
21. Спутниковая система связи "Испаниясат" В июне 1989 г. начала функционировать фирма Hispasat SAjp созданная для развертывания спутниковой системы связи (ССС) "Испаниясат", цель которой - обслуживание Испании и испаноязычных государств в Северной и Южной Америке. В составе ССС "Испаниясат* должны войти два геостацио*. нарных ИСЗ с точкой стояния 31° з.дв, запуски которых должны состояться в 1992 г. Основные технические характеристики ИСЗ "Испаниясат": масса ИСЗ - 2,05 т, включая 1,15 т топлива (монометил-. гидразин + ^О^ ); масса бортовой аппаратуры связи - 0,3 т; мощность солнечной системы электропитания - 3600 Вт; энергопотребление аппаратуры связи - 2400 Вт; затраты мощности на подзарядку бортовых аккумуляторных батарей - 300 Вт; энергопотребление вспомогательных бортовых систем - 600 Вт; емкость аккумуляторных батарей- 78 А. часов, расчетный срок службы - 10 лет; размах панелей солнечных батарей - 21 м. Основные характеристики каналов связи ССС ' "Испаниясат" представлены в таблице. Как видно из таблицы, система "Испаниясат" будет обеспечивать: прямое ТВ-вещание на Пиренейский п-ов, Канарские оньа и Европу; ТВ-вещание на Испанию, Канарские о-ва и Европу; ТВ-вешание на Северную и Южную Америку; гражданскую и правительственную связь. Ожидалось, что 15 ноября 1989 г. будут заключены два основных контракта: а) с фирмой Matra (Франция) в сумме 20 млрд песет на изготовление двух ИСЗ "Испаниясат", наземных станций и центра управления полетом и на эксплуатацию ССС "Испаниясат"; б) с фирмой Arianespace в сумме 13 млрд песет на запуск двух ИСЗ с помощью РН "Ариан-4* Общие затраты на развертывание ССС "Испаниясат* оцениваются в 40 млрд песет (более 2 млрд фр. фр.), включая 5-6 млрд песет на страховые платежи. Фирма Hispasat образована по указанию правительства Испании 27 апреля 1989 г. и находится в Мадриде. Фирма является частным предприятием, но ее президентом правительство назначило министра связи Испании Луиса Мартина Паласина. Генеральным директором назначен Габриель Бар- раса, а руководителем программы "Испаниясат" - Педро Пинто. Капитал фирмы составляет 20 млрд песет (1 млрд фр.фр.). 50
Основные характеристики спутниковой системы 'Испаниясат* Вид связи Частотный диапазон, ГГц Каналы связи ИСЗ количество мощность, Вт на борту ширина МГц Лучи диаграммы направленности ИСЗ коли- | мощность зество излучения дБ-Вт зона обслуживания Наземные станции диаметр антенны, м отношение сигнал/ шум, дБ/К Прямое ТВ- вешание 12 11.0 27 Испания/Ка- 51-58 нарские о-ва 0,6-1,5 9-12 + Европа ТВ-связь на Испанию ТВ-связь на Америку Гражданская связь 12- 14 12- 14 12- 14 3 1 5 55 110 55 36- 72 36 36- 72 2 1 2 45-54 42-48 45-54 Испания/Канарские о-ва + Европа Северная и Южная Америка Испания/Канарские о-ва + Европа 2,0-2,5 2,0-4,5 2,0 1,0-1,6 (VSAT) 20-22 25-30 17,5 14-21 Правительст- 7-8 1 40 20-40 2 венная связь Испания и 3,0-3,7 22-30 прибрежная (стадион.) зона (900км) 1,8 12-15 +3емной шар (транспорт)
Головным разработчиком системы 'Испаниясат* является фирма Matra (Франция), а ее главными субподрядчиками английские фирмы British Aerospace (базовый ИСЗ 'Евро- стар*) и Marconi (ретрансляторы). В разработке участвуют также следующие фирмы: AEG (ФРГ); Alcatel Espacio (Испания); Casa (Испания); Ceselsa (Испания); CNES (Франция); Comdev (Канада); Crisa (Испания); Eegle Picher (США); Etra (Испания); Fokker (Нидерланды); Galileo (Италия); Inisel (Испания); Inta (Испания); МВВ (ФРГ); Mier Communicaciones (Испания)» NEC (Япония); Rymsa (Испания); Sagem (Франция); Sat Control (Франция); Sele- nia Spazio (Италия); Sener (Испания); SEP (Франция); Sodern (Франция); Spar Aerospace (Канада); Technologica (Испания); Teldix (ФРГ); Thomson-CSF (Франция). Б.И. Ермишкин "Airet Cqsmos'1, 1989, J27, № 1253, 33-36 22. Участие английской фирмы Marconi в разработке космической техники прикладного назначения В настоящее время фирма Marconi ведет разработку аппаратуры для связных ИСЗ гСкайнет-4<г| "НАТО-4", "Евтелсат", "Локстар" и "Испаниясат", а также связной аппаратуры для платформы свободного полета "Еврека". Фирма отвечает за поставку аппаратуры дистанционного зондирования (ДЗ) для ИСЗ ERS ( European Remote-Sensing), NOAA (National Oceanic and Atmospheric Administration) и MOP (Me- teosat Operational Programme ). Фирма Marconi выступает также в качестве субподрядчика при изготовлении оборудо- вания, аппаратуры и композиционных материалов для ИСЗ. К перечню продукции, производимой фирмой Marconi, относятся: аппаратура межспутниковой оптической связи, солнечные батареи, аккумуляторные батареи, бортовые процессоры и ионные РД; наземные станции гражданского и военного назначения; оборудование для центров управления полетом и вспомогательное наземное оборудование. Фирма участвует в разработке зонда "Гюйгенс*, который предназначается для изучения атмосферы Титана (спутника планеты Сатурн) в рамках проекта "Кассини", осуществляемого НАСА совместно с агентством ЕКА. 52
В июне 1989 г. изготовление наземных станций военного назначения было передано из отделения Marconi Defence System отделению Space Systems, Фирма Marconi недавно вложила 20 млн ф.ст. в здания, расположенные в Портсмуте (Великобритания). Здесь созданы стенды для сборки и испытания ИСЗ, для испытания антенн, а также производства углеродных композиционных материалов. По инициативе центра CNES (Франция) образован за- падноевройский консорциум по связным ИСЗ Locstart держателями акций которого являются 27 организаций, включая фирму Geostar (США), Консорциум Locstar заказал фирме Matra два ИСЗ стоимостью 151 млн долл. (срок запуска - 1992 г,), ИСЗ *Локстар" предназначаются для навигации и связного обслуживания подвижных пользователей (поездов, грузовых автомобилей и автобусов). В зону обслуживания ИСЗ 'Локстар* войдет территория Европы от Великобритании на западе до Турции на востоке, от Норвегии на севере и до Италии на юге. Ожидается, что количество пользователей системы "Локстар" достигнет одного миллиона. Фирма Marconi поставит для ИСЗ "Локстар" ретрансляторы, разработанные на основе ИСЗ "Евростар", и антенны диаметром 3,5 м специальной конфигурации для связи в L — и S -диапазонах. В сложенном положении антенны будут охватывать снаружи! корпус ИСЗ, чтобы обеспечить размещение ИСЗ внутри обтекателя "Спелда" для РН "Ариан-4". Фирма Marconi обязалась поставить ретрансляторы в следующие сроки: экспериментальный образец упрощенной конструкции - декабрь 1990 г.; первый эксплуатационный образец - июнь 1991 г.; второй эксплуатационный вариант - март 1992 г. Система "Локстар" будет работать следующим образом. С терминала подвижного пользователя посылается запрос в С-диапазоне о необходимости определить свое местоположение. На борту ИСЗ вырабатывается ответный сигнал в S- диапазоне. Благодаря использованию на борту ИСЗ усилителя мощности на ЛБВ мошностьюч, 100 Вт уровень сигнала на поверхности Земли составляет , 51 дБ Вт. Пользователь получает опорный (lock) сигнал и ретранслирует код в L -диапазоне на боррт ИСЗ. Приемник L -диапазона на борту ИСЗ должен обладать очень высокой чувствительностью и поэтому в его конструкции используются малошумные по- 53
лупроводниковые материалы (FET). Сигнал о местоположении пользователя передается Ь помощью бортового ретраног лятора С-диапазона, в конструкции которого применяются твердотельные усилители большой мощности, В составе системы "Локстар" должны находиться два геостационарных ИСЗ (точки стояния 5° з.д. и 25 в.д.). В последующем предполагается ввести в состав системы дополнительные ИСЗ, находящиеся на орбитах с наклонением 60 Радиосистема определения местоположения пользователей RDSS (Radio Determination Satellite System) ) обеспечивает также передачу данных с помощью телекса. Водитель с помощью этого канала связи может сообщить диспетчеру о поломке автомобиля, об израсходовании топлива или о нападении на него. Фирма Marconi обязалась поставить фирме Mat га ретрансляторы на ЛБВ мощностью 110 Вт (стоимость заказа 30 млн. ф, ст.) для установки на борту двух ИСЗ "Испания- сат* (масса ИСЗ 1900 кг), которые должны быть запущены в 1992 г. с помощью РН "Ариан-4". Конструкция ИСЗ "Ис- ланиясат" создается на базе ИСЗ "Евростар" (так же, как и ИСЗ "'Телеком*' и "Л оке тар"). Два геостационарных ИСЗ системы "Испаниясат" будут находиться в точке стояния 31° з.д. Система войдет в эксплуатацию в 1992 г. (к началу Олимпийских игр в Барселоне) и будет обеспечивать различные виды связи и передачу ТВ-программ на территории! Испании и государств Латинской Америки* На борту ИСЗ "Испаниясат* устанавливается три ретранслятора мощностью по 110 Вт для прямого ТВ-вещания на Пиренейский полуостров, Канарские о-ва и некоторые другие западноевропейские страны. На ИСЗ размещаются также: а) восемь ретрансляторов на ЛБВ мощностью по 55 Вт - для обеспечения различных видов свяэи и передачи ТВ-программ на территории Испании и Канарских о-вов; б) один ретранслятор мощностью 110 Вт - для передачи ТВ-програмк на центральную и южную части американского материка; в) два ретранслятора мощностью по 40 Вт - для обеспечения правительственной и военной связи в Испании и ее территориальных водах. Ретрасляторы мощностью по 40 Вт будут вариантом ретрансляторов фирмы Marconi для военных систем спутниковой связи "Скайнет-4" и "НАТО-4". Фирма Marconi поставила связную аппаратуру для первого ИСЗ серии "Евтелсат-г*, запуск которого был намечен 54
на март 1990 г. Поставки аппаратуры для следующих четырех ИСЗ этой серии намечены на следующие сроки: декабрь 1989 г., май, сентябрь и ноябрь 1990 г. На борту каждого ИСЗ "Евтелсат-2" устанавливается 16 ретрансляторов с 24 (для резервирования) усилителями мощности на ЛБВ мощностью по 50 Вт, Для западноевропейского ИСЗ ДЗ ERS-1 фирма Marconi разрабатывает микроволновую РЛС AMI (Active Micro wave I Instrument)» в состав которой входят РЛС с синтезированием апертуры (SAR) и скаттерометр ветра, работающий в С-диапазоне. РЛС AMI, выполняет три задачи: 1) высококачественную съемку поверхности океанов, прибрежной зоны и ледяных полей в полярных районах; 2) определение характеристик приповерхностных ветров (направление и скорость); 3) определение характеристик волн. Последняя задача выполняется с помощью РЛС SAR, которая ведет съемку участков поверхности океанов размером 5x5 км. Размеры волн в двух направлениях определяются по изменениям характеристик излучений РЛС, отраженных поверхностью океана. Процессор РЛС SAR (масса 39,2 кг) имеет память емкостью 25 Мбит и четыре компьютера. В состав процессора входят следующие компоненты: 2142 ИС, 398 полупроводниковых элементов, 21 реле, 2004 конденсатора, 3394 сопротивления и 362 механических соединения. Процессор обрабатывает данные со скоростью 200 Мбит/с при потреблении мощности 120 Вт. Процессор скаттерометра ветра (масса 15,3 кг) потребляет 31 Вт мощности, имеет память емкостью 25 Мбит и два компьютера, В июне 1989 г. фирма Marconi, участвуя в конкурсе совместно с фирмой Selenia Spacio, была выбрана агентством ЕКА в качестве разработчика ионного РД (ИРД) для западноевропейского ИСЗ Sat -2, на котором будут проверяться экспериментальные узлы связных ИСЗ. Аналогичный ИРД для ИСЗ "Интелсат-7* фирма Marconi разрабатывает совместно с институтом RAE и Кулхэмской лабораторией. ИРД предназначается для удержания ИСЗ на геостационарной орбите в направлении север - юг. Как считают специалисты, для ИСЗ "Интелсат-7" в течение года* необходимо обеспечить суммарное приращение скорости 80 м/с. Эта задача может быть выполнена ИРД массой всего 40 кг (РД на химическом топливе должен иметь массу 400 кг). 55
Основные преимущества ИРД: небольшой уровень тяги, длительный срок службы и высокая эффективность. Фирма Marconi по заказу агентства ЕКА ведет разработку прототипа лазерной аппаратуры связи между геостационарными и другими ИСЗ» Эта аппаратура будет использоваться в системе SILEX экспериментального ИСЗ Sat -2, запуск которого намечен на 1993 г. Новая оптическая аппаратура связи "имеет три основных задачи: 1) передачу данных со скоростью до 100 Мбит/с с борта ИСЗ для ДЗ на геостационарный ИСЗ для последующей ретрансляции на НС; 2) обеспечение прямой связи между геостационарными ИСЗ (например, ИСЗ "Евтелсат-2Г и ИСЗ серии "Интелсат); 3) передачу данных с одного геостационарного ИСЗ на другой с целью сокращения количества приемных НС, Расстояние между соседними геостационарными ИСЗ при разнесении по долготе 60 составляет около 45 тыс. км, при котором запаздывание сигнала достигнет ОД5 с# При разработке аппаратуры связи следует учитывать это обстоятельство путем внесения дополнительных ТТТ; обеспечение очень точного наведения и стабилизации; снижение до минимума шумов в электронной аппаратуре, датчиках» механизмах наведения и таймерах» Представители фирмы Marconi считают, что коммерческое применение лазерная аппаратура связи получит уже в 199S г. в ИСЗ серии "Интелсат* и западноевропейском ИСЗ для ДЗ серии DRS, , Б.И. Ермишкин "Flight International", 1989, 136, № 4189, 34-36 КОСМИЧЕСКИЕ АППАРАТЫ И РАКЕТЫ-НОСИТЕЛИ 23. Транспортные космические системы США на базе МВКА На конгрессе Международной астронавтической федерации (IAF) в 1989 г. представителем НАС А были приведены све~ дения о разрабатываемых или планируемых к разработке транспортных системах (ТКС) США преимущественно на базе существующего МВКА первого поколения (МВКА-1) (таблица). 56
Разрабатываемые или планируемые к разработке ТКС США t Характеристика Тип ЛА Кратность использования 1) Стартовая масса, т Масса полезной нагрузки, т Начало разработки Год первого полета Стоимость разработки, млрд долл. Цена доставки на орбиту, долл./кг ЛА транспортной космической системы МВКА-1 Пилотируемый ЧМ 2000 18-23 1972 1981 10 9700 МВКА-Т Грузовой ЧМ 1950 45-77 1990 1994 1,5-2 9500 МВКА-М ALS Грузовой Грузовой ЧМ 0 или ЧМ 2250 1600- 4100 115-230 34-205 ? 1992 2001 1998 ? ? 2200 2200 PLS Пилотируемый ЧМ Титан-3 Титан-4 1991 1998 ? ? МВКА-2 Пилотируемый ЧМ или М 500- 1100 9 1991 2005 ? 660 Примечание. 1) О- одноразовый; ЧМ - частично многоразовый; М - многоразовый. 2) Масса полезной нагрузки включает 8 астронавтов и 1 т груза.
Считается, что все они могут быть введены в эксплуатацию до 2005 г. Возможности создания грузовых беспилотных ЛА на базе MBKA-I анализируются уже в течение нескольких лет. Одним из первых вариантов был SRB-X на базе бустерных РДТТ МВКА- I . НАСА приняло для разработки беспилотный транспортный МВКА-I # Shuttle—С (МВКА-Т) не только как вариант МВКА- I , но и как многоцелевую переходную перспективную ТКС для эксплуатации НАСА, ВВС США и другими ведомствами в середине 90-х гг. По мнению НАСА, эксплуатация МВКА-Т будет повышать национальный транспортный космический потенциал за счет сокращения числа пусков, необходимых для выполнения высокоприоритетных программ полетов, в т.ч. по сборке и обеспечению функционирования ООКС "Свобода". Конструктивно МВКА-Т будет включать грузовую ступень, внешний топливный бак и 2 бустерных РДТТ» Грузовая ступень, применяема^ взамен орбитальной ступени, состоит из носового конуса, грузового отсека длиной 25 м и диаметром 4,6 м и хвостовой части с двигательной установкой (ДУ). Размеры грузового отсека с боковыми створками люка позволят выводить до 4 ИСЗ в одном полете. ДУ будет иметь 2 или 3 основных ЖРД MBKA-I в зависимости от требуемой грузоподъемности. Предполагается использовать ЖРД после эксплуатации в 9 полетах MBKA-I, На грузовой ступени не будет системы орбитального маневрирования. При необходимости коррекции орбиты будут применяться РД системы ориентации и стабилизации с тягой 3950 Н. Для упрощения конструкции и снижения стоимости в МВКА-Т не будут использоваться топливные элементы для обеспечения системы электроэнергией. Предполагается устанавливать батареи электрохимических элементов. Считается возможным снизить стоимость МВКА-Т за счет замены титановых топливных баков на баки из нержавеющей стали, композитных конструкций на конструкции из алюминиевых сплавов и использования РДТТ для отделения грузовой ступени. МВКА-Т по основному назначению рассчитывается на вывод полезной нагрузки 45 т на орбиту с высотой 350 км и наклонением 28,5 . Программа полета будет близка к той, что используется при полетах MBKA-J с разворотом грузовой ступенью вниз после старта. В варианте с 2 основны- 58
ми ЖРД в ДУ продолжительность их работы составит 620 с вместо обычных 520 с. Бустерные РДТТ будут отделяться на 120 с после старта. Грузоподъемность МВКА-Т с 3 основными-ЖРД составит 68 т на орбиту с высотой 350 км и 77 т - с высотой 175 км. При стартах с авиабазы Ванденберг на орбиту с высотой 350 км и наклонением 102 грузоподъемность МВКА-Т составит 54 т при ДУ с 3 ЖРД* Отделение полезной нагрузки будет производиться посредством пружинных толкателей, наклонно-поворотных опорных конструкций и роботизированных манипуляторов. После отделения полезной нагрузки грузовая ступень 1^дет тормозиться для входа в атмосферу, Несгоревшие остатки ступени должны падать в океан. В новых модификациях МВКА-Т предполагается применять многократно используемые» т.е. возвращаемые, хвостовой отсек с ДУ, радиоэлектронное оборудование, систему ориентации и стабилизации и грузовой отсек. Имеются расхождения в оценке цены доставки на орбиту: 900 и 9500 долл./кг. Последнее значение менее вероятно, т.к. оно практически не отличается от цены доставки на МВКА- (см. таблицу) и слишком мал эффект от усилий по снижению цены. НАСА выявило различные возможности применения МВКА-Т кроме программы ООКС. Так МВКА-Т позволит за 1 полет осуществить посылку КА на Марс с посадкой на нем, выгрузкой планетохода, забором проб и доставкой проб на Землю. По существующему плану для этой программы будут использованы, 2 ракеты-носители 'Атлас-Центавр*. Система * МВКА-Т/Центавр* может быть использована для доставки полезной нагрузки с массой 9 т на геостационарную орбиту» Целесообразно применение МВКА-Т в программе полета к комете с пролетом около астероида, намеченной на реализацию в 1995 г., программе полета к Сатурну в 1996 г., программе пролетного зонда вдоль солнечной поверхности .в 1999 г. и программе забора и доставки пробы из кометного ядра в 2000 г. Другие потенциальные применения включают вывод перспективной рентгеновской астрофизической платформы в 1996 г., платформы космического ИК-телескопа в 1998 г., крупногабаритного развертываемого рефлектора в 1999 г., геостационарной платформы в 2000 г. и мобильного ИСЗ-С в 2001 г. 8-2 59
По состоянию на сентябрь-октябрь 1989 г. аван-проекты на конкурсной основе разрабатывались фирмами Spaceflight Systems Div. of United Technologies, Martin Marietta Aerospace и Rockwell International. В центре космических полетов им. Маршалла построен макет МВКА-Т ц натурную величину с использованием отработавших реальных агрегатов МВКА-*. I. Грузовой отсек со створками люка был поставлен фирмой Boeing и ее субподрядчиком фирмой Essex. Из-за финансовых ограничений начало проектирования может быть отложено до середины 90-х гг. МВКА-М (Shuttle-Z) предназначается для использования в программе пилотируемой экспедиции на Марс-Фобос. Вместо орбитальной ступени он будет нести либо межпланетную транспортную ступень, либо космический корабль, либо баки с топливом для заправки емкостей межпланетной системы. Старт с Земли будет производиться при одновременной работе 3 основных ЖРД МВКА и 2 перспективных бустерных РДТТ ASRM. Считается, что для комплектования межпланетной системы достаточно 5 полетов МВКА-М и 1 полета MBKA-I , который доставит экипаж экспедиции. Обшая масса межпланетной системы экспедиции на Марс составит 705 т при сухой массе конструкции 154 т и массе жидкого топлива совместно с расходуемыми материалами системы жизнеобеспечения 527 т. Мини-МВКА PLS предназначается для доставки 4 астронавтов и 500 кг груза на ООКС или с ООКС на Землю при смене экипажей. Предварительные исследования по проекту ведут фирмы Boeing и Rockwell International. Рассматриваются различные варианты мини-МВКА от баллистического спускаемого аппарата до конструкции типа мини-МВКА "Гермес". Вывод этих мини-МВКА предполагается осуществлять с помощью ракет-носителей '"Гитан-З*' или "Титан^". Не исключается возможность применения новых ракет-носителей. МВКА второго поколения (МВКА-2) AMLS предназначается для полета 5 астронавтов в течение 5 дней с грузом 9,1 т на орбите с высотой 400 км или с грузом 5,4 т на полярной орбите с высотой 280 км. Одной из задач полета может быть , стыковка с ООКС. При разработке МВКА-2 НАСА предполагает ориентироваться на уровень техники 1992 г. Считается, что МВКА—2 может быть выполнен одноступенчатым. 60
1 По мнению специалистов научно-исследовательского центра Ленгли НАСА одноступенчатый МВКА в виде кругового цилиндрического корпуса с носовым конусом и треугольными крыльями в хвостовой части при длине корпуса 59,1 м и диаметре 9,84 м будет иметь стартовую массу 1632,6 т. Грузовой отсек будет длиной 4,5 м и диаметром 9 м,# Грузоподъемность такого МВКА составит 29,5 т. Его ДУ будет состоять из 3 основных ЖРД от MBKA-.I с двухпози- ционным соплом и тягой. 1,78 МН на уровне моря и 7 ЖРД высокого давления на топливе "жидкий кислород + углеводород" с тягой 2,4 МН каждый т и временем работы 165 с. В цилиндрическом корпусе топливные баки, кабина экипажа и грузовой отсек будут расположены последовательно. Кабина экипажа будет размешаться за баком жидкого водорода и экипаж не будет иметь переднего обзора. При посадке ориентация будет осуществляться через боковые иллюминаторы по реперам вдоль посадочной полосы, а также с помощью ТВ-камеры, размешенной на носовом шасси. Вход1 в атмосферу будет производиться с углом атаки 40°. Испытания в аэродинамических трубах показали, что принятая конструктивная схема обеспечивает продольную устойчивость во всем диапазоне скоростей полета с аэродинамическим качеством 7,5. Посадочная скорость будет 352 км/ч без груза и 398 км/ч при грузе 14,5 т. Испытания по аэродинамическому нагреву модели МВКА при скорости набегающего потока М = 10 показали достаточность современных средств тепловой защиты. Преимуществами МВКА с цилиндрической конструкцией корпуса считаются меньшая стартовая масса, лучшие аэродинамические характеристики и, как следствие, меньшая цена вывода на орбиту по сравнению с МВКА-1. В.А. Карелин "Aerospace America", 1989, 27,, No 7, 44-46 "Air et Cosmos", 1989, 27, №1256, 34-35,36,47 "•Defense Daily", 1989, ЩЗ, № 15, 121 "Flight International", 1989, Г36, № 1481, 38-40. 24. Предварительные исследования по проблемам японского МВКА Исследования по проблемам МВКА НОРЕ начались в Японии в 1981 гм когда в институте космических исследований 61
и астронавтики (ISAS) была создана рабочая группа XWG с задачей координировать эти исследования по следующим направлениям: - Поиск аэродинамической формы МВКА и проведение аэродинамических расчетов. - Разработка системы ориентации, наведения и управления. - Исследование методов радиолокационного обнаружения МВКА при спуске и автоматической посадки, - Разработка ЖРД высокого давления на топливе "жидкий кислород + жидкий водород". - Исследования крылатого МВКА в целом. Первоначальной ближайшей целью этих исследований была постройка небольшого ЛА для летных испытаний, который можно было бы выводить по схеме исследовательской ракеты. Этот ЛА, получивший название HIMES, будет использоваться как спускаемый аппарат и как экспериментальный ЛА для исследований гиперзвуковой газодинамики и ПВРД для гиперзвуковых скоростей полета. Считается! что исследования аэродинамической формы HIMES во многом повлияют на конструкторские работы по НОРЕ» в т.ч. по выбору метода управления положением ц.м., обеспечению продольной и боковой устойчивости, управлению элевонами и т.д. В системе HIMES должны быть установлены 2 ЖРД HIPEX по схеме ЖРД RE-1O (США), но с рабочим давлением в камере сгорания 9,8 МПа и с возможностью дросселирования тяги до 40% максимального значения. Первые испытания модели HIMES для оценки аэродинамических характеристик и возможности посадки с использованием ручных или автоматических систем были начаты в 1986 г. Модель имела следующие данные: - длина фюзеляжа 2,0 м - размах крыльев 1,44 м - общая высота 0,69 м - стартовая масса 99,54 кг Модель была оснащена 3-осным гироскопом, 3-осным датчиком ускорений, системой телеметрических измерений, процессором и т.д. В этих испытаниях модель поднималась вертолетом на высоту 1000-2000 м и затем отсоединялась для осуществления свободного полета. Начальная скорость полета модели была ~ 55 м/с. Проведенные испытания поэ- 62
вопили уточнить принятые конструктивные решения для доо- тижения требуемой устойчивости при низкоскоростном полете. По решению управления NASDA официальная программа разработки НОРЕ начнется в 1990 г. Ее стоимость определена в 300 млрд. иен (~15 млрд. фр.фр.). МВКД будет использоваться для доставки на Землю экспериментальных результатов с японского модуля JEM, пристыкованного к международной ООКС "Свобода". Полученные при разработке МВКА результаты будут использоваться при создании одноступенчатого воздушно-космического самолета 21 в. Первый полет МВКА запланирован на 1996 г., однако он может быть отложен из-за задержки разработки ракеты-носителя H-2f первый полет которой теперь планируется на 1993 г», т.е. на 1 год позже ранее определенной даты. МВКА длиной 11,5 м с размахом крыльев 6,24 м будет иметь стартовую массу 8,8 т, в т.ч. 1,2 т полезной нагрузки. Сухая масса МВКА составит 5,8 т. Масса при посадке будет 7 т. В конструкции МВКА предполагается применить алюминиевые и титановые сплавы, а также композиты. Фирмы KHI и Kawasaki Steel разработали опытный образец теплостойкого материала, работоспособного при температурах до 1700 С. Он будет использован для носовой части и передних кромок МВКА. Этот углеродоуглеродный композит получается из композита с полимерной матрицей и углеродными армирующими волокнами путем чередующихся операций пиролиза и пропитки полимером. Поверхность композита будет иметь покрытие из карбида кремния, полученное способом осаждения из паровой фазы, для защиты от окисления. Этот композит имеет плотность 1600 кг/м^ и предел прочности на растяжение 330 МПа. Исследования аэродинамических характеристик моделей вариантов МВКА в 1987 г. проводились в аэродинамических трубах MHI, KHI, FHI и национальной авиационно-космической лаборатории (NAL) в широком диапазоне скоростей набегающего потока. Отмечается, что были получены ожидаемые значения аэродинамических коэффициентов подъемной силы, сопротивления, моментов, а также величины аэродинамического качества. Установлено, что обеспечение статической устойчивости может быть достигнуто за счет небольших модификаций управляющих плоскостей. Однако обеспечение динамической устойчивости с учетом совместного влияния 63
органов аэродинамического управления и управляющих РД требует дальнейших исследований. NASDA и NAL начали исследование проблем сближен ния и стыковки беспилотного МВКА с ООКС, в т.ч. телепилотирования, методов управления в зоне сближенияj методов компенсации для ликвидации ухудшения теле пилотирования из-за запаздываний сигналов '• в каналах связи и т.п. Исследование было проведено с использованием моделирующего стенда и оборудования для телепилотирования. Предполагается исследовать также автономные системы сближения и стыковки, которые планируется применить на НОРЕ и платформе для космических технологических экспериментов STEP. Блок-схема системы сближения и стыковки на борту МВКА включает ТВ-камеру, инерциальньш датчики, лидар, датчик звездной ориентации, датчик сближения и приемник навигационной системы GPS в качестве средств получения объективной входной информации; процессоры систем навигации, управления и наведений, а также исполнительные системы (орбитального маневрирования, ориентации и стабилизации) с помощью РД, и т.д. Программа полета МВКА к ООКС и обратно на Землю с посадкой на национальной территории включает следующие этапы: 1. Старт с помощью ракеты-носителя Н-2 со стартового комплекса Танегасима. 2. Выход на орбиту ожидания с высотой 250 км. 3. Синхронизация движения МВКА и ООКС за счет.маневрирования МВКА на расстоянии св. 500 км от ООКС по местной горизонтали. 4. Выход МВКА на орбиту ООКС с высотой 450 км в зоне сближения RVZ на расстоянии 37 - 185 км от ООКС. 5. Вход МВКА в зону телеуправления с Земли через ООКС CCZ. Зона находится на расстоянии 1-37 км от ООКС. 6. Вход МВКА в зону ближнего действия POZ с радиусом ± 1 км. 7. Стыковка с осуществлением телепилотирования экипажем ООКС. 8. Расстыковка также при телепилотировании экипажем ООКС. _ 9. Последовательный выход из , зон POZ,,CCZ и t)PZ. 10. Сход с орбиты, спуск и посадка на посадочной полосе длиной 3000 м. 64
Считается необходимым в момент касания иметь следующие значения характеристик движения для обеспечения безопасной стыковки: - относительная поступательная скорость 5 - 20 мм/с - относительная боковая скорость £ 2 мм/с - относительная угловая скорость О ±0,1 град/с - относительное боковое смещение О ±50 мм При посадке стыковочного устройства диаметром 1 м по рабочим поверхностям необходимо иметь относительные линейные скорости 0±5 мм/с и относительные угловые скорости О ±0,1 град/с. Для повышения безопасности сближения и исключения соударения в зоне ближнего действия траектория МВКА должна представлять собой последовательность отрезков дуг такой формы, что в случае движения по какой—либо дуге без ограничения ее следующим отрезком МВКА прошел бы по касательной мимо ООКС. При посадке стыковочного устройства по рабочим поверхностям ООКС считается возможным использование телеуправляемого манипулятора ООКС, что также будет повышать безопасность выполнения этой операции. Кроме HOPE#HIMES и STEP в Японии предполагают также разрабатывать соорбитальную платформу COPf KA орбитального обслуживания для ремонта ИСЗ и замены их бортового оборудования OSV и транспортный KA HTV на базе ракеты-носителя Н-2. В.А. Карелин "Aviation Magazine International", 1989, N 991, 36-37 "Defense Daily", 1989, 162, H 5?, 425; 164, № 26, 208-209 '•Flight InternationalMf 1989, П6, № 4183, 36 "Journal of Space Technology and Science", 1989, 4, № 2, 1-18 25«"Т1редварительные исследования по проблемам японского воздушно-космического самолета На первой конференции AIAA (США) по национальному воздушно-космическому самолету (ВКС) в июле 1989 г, был' представлен доклад от национальной авиационно-космической лаборатории NAL (НАКЛ) Японии с изложением 9-1 65
направлений деятельности по созданию собственного ВКС, Основным принципом национальной политики Японии в освоении космоса является стимулирование работ по развитию космических исследований, согласованных с национальными потребностями и национальными ресурсами. Япония стремится быть независимой от других стран при реализации своих космических программ, хотя не исключается возможность, а в ряде случаев и необходимость, международной кооперации и сотрудничества с тем, чтобы следовать общеполитическому курсу страны. В 1986 г. в структуре бюро НИОКР управления науки и техники был создан консультативный комитет по ВКС. По рекомендациям этого комитета НАКЛ, NASDA и институт космических исследований и астронавтики IS AS (ИКИА) образовали временную координационную группу по НИОКР по ВКС с целью обмена информацией и выработки согласованных долговременных национальных задач по ВКС. Ведущей организацией по ВКС является НАКЛ, в которой сосредоточено большинство НИР по авиационной и космической технике для гражданских целей. Она располагает испытательными стендами, аэродинамическими трубами, крупным вычислительным комплексом и т.д. В 1988 г. координационная группа выработала ориентировочные требования к будущему ВКС: - высота орбиты назначения 500 км; - наклонение плоскости орбиты 28 - 90°; - состав экипажа пилот, второй пилот и 2 астронавта - масса полезной нагрузки 2 т; - время пребывания на орбите 5 суток; - длина разбега при старте 2300 м; - дополнительное оборудование устройство для стыковки. Базовый вариант ВКС, который был предложен координационной группой, должен иметь длину фюзеляжа 65 м, размах крыльев 24,64 м и высоту 13 м. Взлетная масса должна составить 350,8 т, в т.ч. 'жидкого водорода 80,1 т и жидкого кислорода 164,3 т. Силовая установка должна включать ТРД, ПВРД, ПВРД со сверхзвуковым горением (СПВРД) и ЖРД. Этот одноступенчатый ВКС горизонтального взлета и горизонтальной посадки будет разгоняться в верх них слоях атмосферы до М>18. Считается, что этой скорости достаточно для выхода на орбиту. 66
Не исключаются другие варианты ВКС, направленные на ускоренное создание опытных образцов. Так в НАКЛ предложено использовать для движения в атмосфере ЖРД на сжиженном воздухе и жидком водороде, причем сжижение воздуха будет осуществляться на борту ВКС. Считается возможным разработать такой .ЖРД LACE на базе ЖРД LE—1 от ракеты-носителя Н~2$ причем в диапазоне скоростей полета 0< М<8 он будет обеспечивать тяговооружен- ность >30. Далее полет будет осуществляться с помощью обычного криогенного ЖРД. По предложению НАКЛ это может стать первым этапом разработки ВКС. Второй этап предусматривает компоновку СПВРД в ВКС. Пока нет определенности в возможности осуществления СПВРД при решении всех технических проблем только на базе национальных возможностей. Для этого потребуются специализированные испытательные стенды и исследования по гиперзвуковой • аэродинамике. НАКЛ начала модификацию высотного испытательного стенда ЖРД для исследований ПВРД и СПВРД. Ранее этот стенд использовался для отработки ЖРД LE-3 для ракеты-носителя N—1 . Исследования по ПВРД и СПВРД предполагается выполнять при скоростях набегающего потока 4< М <8. Модельные камеры сгорания будут иметь сечения 20 * 30 см. Применительно к ВКС в НАКЛ был проведен ряд специальных исследований для накопления опыта проектирования и создания базы данных. Выполненные работы включали анализ конструкции планера ВКС с баками криогенного топлива, исследование свойств шугообразного водорода, определение уд* импульса ЖРД LACE при использовании шугообразного водорода, аэродинамические исследования и т.п. Показано, что шугообразный водород с содержанием твердой фазы имеет повышенную на 15% плотность по сравнению с жидким водородом. Исследовались условия хранения, перекачки, транспортировки и получения. Проведены тепловые расчеты бака емкостью 1013,3 м^ с газовой подушкой объемом 30,4 м . Бак был принят цилиндрическим с полусферическими днищами» Его длина была 37,84 м при диаметре 6 м и радиусе кривизны днищ 3 м. Установлено, что если слой теплоизоляции будет толщиной 25 мм как у топливных баков ракеты-носителя Н—2 , то приток тепла в бак будет 13,92 ккал/с. Это приведет к скорости плавления твердого водорода 2,26 кг/с, что вызовет скорость изменения плотности водорода в баке 10,15 %/ч. Принятая
газовая подушка объемом в 3% от полного объема бака будет достаточна для компенсации изменения плотности горючего в течение 1 ч. Анализировались возможные методы поддержания плотности шугообразного водорода. При анализе конструкции планера было установлено, что с точки зрения безопасности целесообразна интегральная конструкция топливных баков с внешней обшивкой. Требуется оптимизация формы поперечного сечения фюзеляжа, поскольку из условий внешнего обтекания предпочтительно иметь некруговую форму сечения, а это из-за повышенных окружных нагрузок приведет к повышению массы конструкции. Возможность обеспечения теплозащиты была проверена для двух случаев. В первом из них использовались керамические( теплозащитные плитки на подложке из титанового сплава Ti~6Al-4V.Bo втором случае применялся композит FRM (SiOC-Ti)Ha подложке из сплава RS Ti (Ti-6AI-4V-lBp*Расчеты проводились для макс, температуры наружной поверхности 1273 К и минимальной температуры внутренней поверхности 300 К. В качестве конструкционных материалов для топливных баков и планера ВКС рассматривались титановые, алюминиевые, алюминийлитиевые сплавы, сплавы серии 2519, композиты с металлической матрицей SiC~AI и т.п. Вследствие хорошей свариваемости сплава KS-7055 его можно использовать для конструкций топливных баков. Оценены эксплуатационные характеристики композитов с полимерными матрицами, композитов с керамическими матрицами и углеродоуг- леродных композитов. В НИР по ВКС принимают участие фирмы Mitsubishi Heavy Industries (MHI), Kawasaki Heavy Industries (KHI) и FHL Так фирма MHI проводит исследования различных процессов применительно к ЖРД LACE, в т.ч. сепарации жидкого кислорода из жидкого воздуха, испарения кислорода, сжатия воздуха, поступающего из воздухозаборника, работы турбины на испаренном компоненте топлива и т.д. Работы проводятся в расчете на создание ЖРД LACE на тягу 100 кН. При этом используется материальная часть от ЖРД LE-5. На 1989 г. были намечены огневые испытания ЖРД с подачей топлива 'жидкий воздух + жидкий водород". Если проводимые работы окажутся успешными, то ЖРД LACE может быть использован на экспериментальном гиперзвуковом самолете, который предназначается для исследований по гипер- 68
звуковому обтеканию и летных испытаний по программе разработки СПВРД. В работах по ВКС предполагается использовать опыт, накопленный при разработке силовых установок для сверхзвуковых и гиперзвуковых транспортных самолетов по программе НИОКР министерства международной торговли и промышленности ШТ1» Эти работы включают создание принципиальных схем новых ТРД, ТРД с форсажными камерами, тур- бо-ПВРД и т.д. с температурами на входе в турбину 1500- 2300 К# Применительно к ВКС представляют интерес силовые установки с тягами 400-700 кН. Если будет показана возможность работы турбины при температуре газа на входе 2300 К, то предпочтительным будет ТРД- для скоростей полета до М=5. При температурах на входе в турбину 1500- 1800 К предпочтительным будет ТРД с форсажной камерой. По программе MIT1 разработаны экспериментальные турбо- ПВРД на тягу 11,7 кН (на уровне моря) и 31,6 кН (на высоте 65 км при M=s4,5), а также турбо-ПВРД с другим циклом на тягу 12,7 кН на уровне моря. С 1980 г, в ИКИА ведутся исследования по беспилотному экспериментальному высокоманевренному ЛА многоразового использования HIMES. Эти исследования направлены на поиск принципиальных схем, которые в будущем могут быть использованы при разработке новых транспортных космических систем, а также на создание возможностей для ИКИА по осуществлению космических полетов наряду с использованием для этой цели исследовательских ракет серий М и К • При разработке конструкции ЛА руководствовались следующими требованиями: - масса полезной нагрузки 500 кг; - максимальная высота траектории по-чета > 250 км; - длина пробега при посадке 1000 - 1500 м; - обеспечение зависания на макс. высоте в течение > 20 с. По имеющимся проектным вариантам этот ЛА со стартовой массой 13,7-14,1 т, длиной фюзеляжа 1*2,6-13,7 м, размахом треугольных крыльев 9,25 м и площадью крыльев 26,7 ьлг- будет оснащен 2 основными ЖРД HIPEX с испарением водорода в контуре охлаждения камеры сгорания. Ожидается, что удастся получить более высокий уд. импульс, 69
чем в ЖРД замкнутой схемы с газогенератором на основных компонентах топлива и камерой дожигания, напр, в о<>. новных ЖРД МВКА США. Кроме того предполагается достигнуть глубины дросселирования тяги до 40% от максимального значения. Управление полетом будет осуществляться с помощью автопилота» а посадка - с помощью микроволновой инструментальной посадочной системы. Топливные баки будут размещаться в фюзеляже. Грузовой отсек объемом 3,8 м имеет возможность раскрытия на заданной высоте для проведения высотных исследований и отбора проб. В целом, можно видеть, что НИОКР ряда организаций по текущим программам авиационно-космической направленности по своим долговременным перспективам согласуются с задачами по созданию ВКС как одной из основных целей национальной космической программы. о А *, r r B.A. Карелин "AIAA Paperf\1989, Nb 5008 "Astronomic imd Raumfahrt#V г989» 2J» № 2» 44-45. 26. Запуск КА " Галилей " и полет STS -34 МВКА "Спейс Шаттл" Подготовка к полету STS -34 МВКА "Спейс Шаттл" с орбитальной ступенью (ОС) "Атлантис", основная цель которого - запуск автоматического КА "Галилей" для изучения Юпитера началась сразу же после завершения в мае 1989 г. долета МВКА, который вывел на орбиту КА* "Магеллан" к планете Венера. ОС "Атлантис" была доставлена на космодром Кеннеди в помещение № 2 корпуса OPF, предназначенного для подготовки к полету ОС. Эти работы включают обслуживание опоры с помощью которой разгонная ступень IUS и автоматический КА закрепляются в отсеке полезной нагрузки (ПН) ОС. После завершения предыдущего полета с ОС "Атлантис" были сняты три главные двигательные установки (ГДУ) для проверки их состояний» В конце июня 1989 г. ГДУ были вновь установлены на ОС. 14 июня 1989 г. началась 'сборка твердотопливных ускорителей (ТТУ), которая проводилась * в монтажном корпусе VAB. 30 июля 1989 г, была закончена сборка ТТУ и внешнего топливного бака (ВТБ%). 21 августа ОС "Атлантис" была доставлена из корпуса OPF в 70
корпус VAB, где была произведена сборка ее совместно с блоком ТТУ/ВТБ. (она завершилась 25 августа), 29 августа полностью собранный МВКА "Спейс Шаттл " был доставлен из монтажного корпуса VAB на стартовый комплекс № 39-Bt a 30 августа КА "Галилей" был установлен в отсеке ПН ОС "Атлантис". В начале сентября 1989 г. стартовый комплекс № 39-В был перемещен в безопасное место, чтобы произвести замену уплотнителей в воспламенительных устройствах двух ТТУ (замена была произведена £ связи с тем, что уплотнители не были проверены под давлением на заводе-изготовителе). Особое внимание было уделено проверке прочности крепления днища ОС, закрывающего снизу три ГДУ. Эта операция была проведена после просмотра видео-записи старта МВКА "Спейс Шаттл" во время полета STS -28 (при просмотре специалисты обнаружили перемещения днища). По соображениям техники безопасности установка двух радиоизотопных генераторов (RTG), которые являются источниками электропитания на борту КА 'Галилей* и каждый из которых содержит по 10t2 кг плутония-238, производит^ ся не ранее, чем за 9 суток до старта МВКА. Спускаемый зонд КА "Галилей" был доставлен на космодром Кеннеди 17 апреля 1989 г., а орбитальный аппарат - 16 мая. Сборка КА "Галилей" и. его проверка производились в корпусе SAFE -2. Полностью собранный КА был доставлен в корпус вертикальной сборки (VPF) 1 августа, а 3 августа КА был присоединен к разгонной ступени IUS . Завершающие испытания блока "КА Галилей-ступень IUSM прошли достаточно гладко, за исключением одного случая, когда компрессор корпуса VPF начал нагнетать влажный воздух вместо сухого воздуха с регулируемой температурой. В связи с этим было решено провести дополнительные испытания электроизоляции ступени IUS. На ранней стадии разработки проекта "Галилей" предполагалось, что ступень 1US обеспечит разгон КА до скорости 14,3 км/с, достаточной для совершения прямого полета по маршруту Земля - Юпитер. Однако более поздние расчеты показали, что ступень IUS может довести скорость полета КА только до 11,2 км/с, которая достаточна лишь для полета по маршруту Земля-Венера. В связи с этим было принято решение об использовании гравитационных полетов Венеры и Земли для разгона КА "Галилей" до скорости, обеспечивающей полет к Юпитеру. 7-
Согласно программе полет КА "Галилей" должен происходить в следующие сроки: начало полета в сторону Венеры - середина октября 1989 г.; пролет вблизи Венеры - февраль 1990 г.; первый пролет вблизи Земли - 8 декабря 1990 г.; пролет вблизи астероида Каспра - 9 октября 1991 г.; повторный пролет вблизи Земли - 8 декабря 1992 г.; пролет вблизи астероида Ида - август 1993 г.; прибытие в район Юпитера - декабрь 1995 г. При пролете вблизи Венеры КА "Галилей" будет находиться на расстоянии 19 тыс. км от ее поверхности. После первого пролета вблизи Земли КА выйдет на геоцентрическую орбиту со следующими параметрами: высота в перигее - 149 км; высота в апогее - 325 млн км; период обращения 2 года. Повтор- ньф пролет вблизи Земли приведет к переходу КА "Галилей" на новую геоцентрическую орбиту с высотой в перигее 147 км и высотой в апогее 778 млн км. Двигаясь по этой орбите, КА достигнет района Юпитера в декабре 1995 гё Атмосферный зонд КА "Галилей" отделится от орбитального аппарата за пять месяцев до прилета к Юпитеру, Зонд будет погружаться в плотную атмосферу Юпитера около 75 минут (пока не разрушится под воздействием внешнего давления). Орбитальный аппарат должен находиться на околоюпитериан- ской орбите не менее 22 месяцев и передавать ценную информацию о Юпитере, включая снимки с высокой разрешающей способностью Юпитера и его естественных спутников. На борту ОС "Атлантис" находился экипаж в составе пяти астронавтов. Командир Дональд Уилльямс. 47 лет, капитан ВМС США, летал на борту ОС "Дискавери" в апреле 1985 г. Пилот Майкл Маккалли (McCulley), 46 лет, коммандант ВМС США, вступил в отряд астронавтов в 1984 г. Первый инженер-исследователь Шэннон Льюсид. 46 лет, вступила в отряд астронавтов* 1978 г,, летала на борту ОС "Дискавери" в июне 1985 г. Второй инженер-исследователь Франклин Чанг-Диаз. 39 лет, костариканец по происхождению, вступил в отряд астронавтов в 1980 г,, летал на борту ОС "Колумбия" накануне катастрофы МВКА с ОС "Челленджер". Третий инженер-исследователь Эллен Бейкер. 36 лет, имеет дипломы по специальностям геология и медицина. Запуск МВКА при полете STS-34 состоялся 18 октября 1989 г. На борту ОС "Атлантис" (масса 120,1 т) находи- 72
лась разгонная ступень IUS -19 (масса 14,725 т), к которой был прикреплен КА "Галилей". Блок IUS /"Галилей" был вытолкнут из отсека ПН со скоростью 15 см/с относительно ОС на пятом витке вокруг Земли, когда ОС ночью пролетала над мексиканским заливом. Двигатель ступени IUS был воспламенен через 45 минут после выброса из отсека ПН, когда ступень пролетала над о-вом Борнео. Первая ступень ракеты IUS (масса твердого топлива 9,73 т) проработала 150 с, а вторая (масса топлива 2,25 т) - 108 с. В результате К А "Галилей" (масса 1995 кг) вышел .на расчетную траекторию полета по направлению к планете Венера. Благодаря высокой точности выведения на расчетную траекторию полета коррекция , траектории потребовалась не ранее, чем через 20 суток полета. После выброса из отсека ПН блока IUS /"Галилей" экипаж ОС "Атлантис" 19 октября 1989 г. приступил к выполнению основной части программы полета. Значительное внимание уделялось съемкам с помощью 70-мм камеры канадской фирмы ЩАХ Systems Co. С помощью этой камеры был заснят процесс удаления от ОС "Атлантис" блока IUS /"Галилей". 19 октября инженер-исследователь Чанг- Диаз включил прибор SSBUV ( Shuttle Solar Backsatter Ultraviolet - прибор для регистрации отраженной солнечной радиации в УФ-диапазоне )# Прибор SSBUV (масса 550 кг) производит на 12-ти длинах волн УФ-диапазона сравнение прямого солнечного излучения с отраженным солнечным излучением,1 дважды прошедшим через атмосферу Земли. Прибор SSBUV позволяет изучать изменения, происходящие в озоновом слое Земли* Калибровка прибора производилась по данным, полученным с борта ИСЗ серии "Тирос". Калибровка прибора SSBUV является достаточно сложным процессором, для осуществления которого требуется не менее шести полетов МВКА. На борту ОС проводился эксперимент GHCD (Growth Hormone Concentration and Distribution - изучение процессов роста концентрации гормона и его распределения), который был предяожен Робертом Брандурскнм из Мичиганского университета. Цель эксперимента - изучение роли одного из гормонов (оксина) в процессах роста растений. В эксперименте использовались: два азотных холодильника; десять датчиков температуры; четыре контейнера, в которых находилось 228 образцов зерен кукурузы. Эксперимент прово- 10-1 73
дила Эллен Бейкер, которая после некоторого времени уложила в холодильник два контейнера с образцами зерен, чтобы их заморозить. После возвращения контейнеров на Землю специалисты должны были определить концентрацию и распределение оксина внутри зерен кукурузы. Астронавт Чанг-Диаз с помощью астронавтки Бейкер во время полета передавал на Землю изображения глазного дна правого глаза. Этот эксперимент должен был оценить влияние невесомости на состояние сосудов мозга человека. Эксперимент РМ ( Polymer Morphology - морфология полимеров) был подготовлен фирмой ЗМ. В процессе эксперимента 17 образцов полимерных материалов нагревались в течение 3,2 с до температуры 200°С# а затем в течение 100 часов производились наблюдения за изменениями их структуры. МВКА "Спейс Шаттл" с ОС "Атлантис* закончил свой 5- суточный полет 231 октября 1989 г., совершив посадку на взлетно-посадочной полосе авиабазы Эдварде (шт. Калифорния). Б. И. Ермишкин "Air et CosmosM,l989, 27, Nb 1253, 44-45; № 1256, 44-45, 47 "<SpaceflightMf 1989, 31, № 10, 326 27. Перспективы разработки микропланетоходов В статье Роднея Брукса и Аниты Флинн (сотрудники лаборатории искусственного интеллекта при Массачусетсом технологическом институте) рассматриваются состояние НИОКР и перспективы разработки планетоходов различного назначения Группа сотрудников лаборатории, именуемая MRG (Mobile Robot Group - группа по разработке подвижных роботов) в течение около пяти лет пыталась изготовить экспериментальные образцы полностью автономных подвижных роботов. В результате тщательной подготовительной работы изготовление отдельных образцов производилось в очень короткие сроки. Например, "шестиногий" шагающий робот "Генгиз" (Genghis) для Лаборатории реактивного движения (JPL) был изготовлен за 12 недель. Сборка робота проводилась двумя специалистами при кратковременном подключении к работам еще нескольких человек. Робот (масса меньше 1 кг) может пере- 74
двигаться по очень неровной поверхности. Следующий робот этого поколения сможет двигаться по скалам высотой один метр со скоростью около 3 км/ч. Затраты на исследования поверхности планет будут зависеть от массы планетохода в момент запуска с поверхности Земли и количества требуемых планетоходов» Эту проблемы можно решить, создав микропланетоходы (массой 1-2 кг) и организовав их массовое производство. Полная автономность работы планетоходов позволит повысить надежность проектов по изучению планет, В роботах предлагается использовать систему жесткого контроля за работой рабочих органов с обеспечением обратной связи с помощью соответствующих датчиков. Отказ от системы дистанционного управления работой планетоходов с помощью операторов, находящихся на Земле, позволит значительно упростить конструкцию планетоходов: отпадет необходимость в установке большей части связной аппаратуры на борту планетохода и в наземном центре управления. Со временем могут быть созданы микропланетоходы массой в несколько миллиграмм, что позволит использовать тысячи (а может быть и миллионы) планетоходов, перемещающихся по поверхности изучаемой планеты. На начальном этапе НИОКР специалисты группы MRG изучали такие проблемы, какие основные компоненты необходимо использовать в конструкции планетохода и каким образом совмещать эти компоненты. Затем было решено отказаться от большей части планирования этапов осуществления проекта и от составления математической модели условий пребывания на планете для оценки работоспособности планетохода. Разработчики пришли к заключению, что целесообразно проверять конструкцию планетохода сразу же в реальных условиях пребывания на планете. Новая концепция привела к идее создания искусственного интеллекта (ИИ) с несколькими уровнями: от первого простейшего уровня к следующим более сложным уровням. На первом уровне должны отрабатываться простейшие операции, при которых датчики обратной связи связаны напрямую с исполнительными органами. Более сложные уровни управления, работают параллельно с менее сложными уровнями. При выполнении конкретных операций более сложные уровни управления самоотключаются, когда задача может быть выполнена при более низком уровне управления. 10-2 75
При составлении программы самоотключений каждый уровень управления замыкается на сеть механизмов, обеспечивающих приращение конечных состояний. Механизмы конечных состояний представляют собой логические цепи, обеспечивающие три - четыре варианта включений. В механизм конечных состояний с приращением параметра включен таймер, который контролирует продолжительность операции. Например, если планетоходу выдана команда покинуть спускаемый аппарат и направиться на поиск какого-либо объекта и если в течение установленного времени заданный объект не будет обнаружен, то последует новая команда на возврат планетохода на борт спускаемого аппарата. Другой пример, команда на перемещение вперед одной из "ног" шагающего механизма будет отменена, если в течение устанавленного интервала времени "нога" не встретит препятствия. Введение таймеров в конструкцию планетохода избавляет от необходимости полностью полагаться на внешние события0 Вышеизложенные принципы программирования использованы при разработке ^планетоходов "Генгиз" и "Сквирт" (Squirt), В шагающем планетоходе "Генгиз" применяется система самоотключения и система управления с очень широким использованием распределительных сетей. Планетоход может успешно шагать по пересеченной местности с помощью 12 электродвигателей, 12 датчиков усилий, 6 пироэлектрических датчиков, двух датчиков для измерения наклона и двух усов. Пироэлектрические датчики предназначаются для определения изменений температуры в пределах своего поля зрения и обеспечивают возможность следования за человеком. Планетоход "Генгиз" не имеет центрального устройства управления, но каждая "нога" может совершать несколько простых движений и самостоятельно решать вопрос, что делать при различных обстоятельствах. В систему управления заложен ряд логических правил, например, а) "если я нога и я поднята вверх, то я должна опускаться": б) "если я нахожусь впереди, то другие пять ног должны быть перемещены немного назад"; в) "если , я поднята вверх, то меня необходимо переместить вперед*. Перечисленные операции должны осуществляться независимо друг от друга, в любое время и начинаться всегда, когда по показаниям приборов внешние условия соответствуют требуемым данным. Единственным элементом централизованного управления в планетоходе "Генгиз" является обеспечение заданной последо- 76
вательности перемещения ног. Как только нога поднята, она автоматически перемещается вперед, а все остальные ноги сдвигаются несколько назад. Как только все ноги коснутся поверхности, корпус планетохода движется вперед. После завершения одного цикла операций поднимается вверх следующая нога и т.д. В следующем уровне управления используется информация от датчиков об углах тангажа и крена корпуса и об усилиях воздействия ног на поверхность. Этот уровень управления делает процесс "хождения* 'более совершенным. Более высокий уровень не отключает нижележащий уровень управления, а только вносит коррективы в его действия. Например, в случае движения планетохода по куче скал датчик на одной из ног отмечает увеличение силы взаимодействия с поверхностью до полного перехода ноги в конечное положение, то устройство управления перемещает конечное положение ближе к текущему положению путем подавления команды на перемещение ноги в нижележащем уровне управления. После того, как планетоход попадает на ровный участок поверхности воздействие вышележащего уровня управления прекращается. Управление движением шагающего планетохода обеспечивается за счет использования восьми возрастающих уровней управления: 1) неподвижное положение; 2) простое движение; 3) балансирование сил взаимодействия с поверхностью; 4) поднятие ноги; 5) ощупывание дороги с помощью усов (выдвинутых вперед контактных датчиков ); 6) стабилизация угла тангажа; 7) движение крадучись; 8) управляемое движение крадучись. В седьмом и восьмом уровнях управления (при движении в крадущемся положении) используется информация от пироэлектрических датчиков, которые обнаруживают присутствие человека по его тепловому излучению. В этом случае подавляются команды нижележащих уровней управления на перемещение планетохода, до тех пор пока человек находится в поле зрения пироэлектрических датчиков. В планетоходе Тенгиз" используется 57 механизмов конечных состояний; в том числе: 48 входит в число шести комплектов (по числу ног); два связаны с усами ощупывания на передних ногах; два обеспечивают выравнивание по углу тангажа (на передней и задней парах ног); остальные пять выполняют функции центрального устройства управления 77
(два - координацию ходьбы, один - управление по направлению движения, два связаны с пироэлектрическими датчиками). Выбранная архитектура управления, в которой нет необходимости использовать комплексные анализаторы показаний датчиков и определять степень достоверности показаний отдельных датчиков, значительно упростила конструкцию планетохода. Дальнейшим развитием планетохода Тенгиз" стал планетоход "Аттила", обеспечивающий преодоление более крутых подъемов и увеличение скорости движения до 3 км/ч. Каждая нога имеет три степени свободы и три датчика для регистрации силы взаимодействия ноги с поверхностью, которые установлены на отдельных штангах* Управление движением ноги производится с помощью микропроцессора на одном кристалле. "Аттила" имеет массу 1,3 кг, включая массу аккумуляторной батареи, энергии которой достаточно для 30 минут движения планетохода. На подзарядку батареи от солнечных панелей необходимо 4,5 часа. Планетоход "Сквирт" имеет массу менее 50 г и объем 20,5 см . Основная масса и объем приходятся на долю электродвигателей и батарей электропитания. Датчики и микрокомпьютеры занимают лишь небольшую часть его объема. В состав микропланетохода входит 8-битовый компьютер, бортовой источник электропитания, три датчика и электродвигатели. По заложенной в планетоход программе он действует подобно жуку, прячешемуся в темных углах, направляющемуся к источнику шума после того как шум прекратился и ведущему поиск нового укрытия вблизи последнего источника шума. Испытания планетоходов Тенгиз" и "Сквирт" показали возможность создания автономных подвижных роботов, которые позволят использовать новые методы исследования планет. О возможностях микророботов можно судить по земным муравьям, которые могут передвигаться по более разнообразным видам пересеченной местности, чем человек и крупные машины. Авторы статьи обращают внимание читателей на то# что сокращение размеров планетохода облегчает решение многих задач. При сокращении размеров резко увеличивается соотношение между силиями, создаваемые рабочими органами, и их весом, так как масса пропорциональна кубу размера, а поперечное сечение только квадрату размера. Застревание ноги микропланетохода в расщелине поверхности не приведет 78
К\катастрофе, как это произойдет в случае использования крупного планетохода размером с лошадь. Испытания планетохода Тенгиз" показали, что за счет настойчивых колебаний застрявшей ноги можно вывести робот из затруднительного положения. Планетоходы массой в один килограмм могут выполнять разнообразные задачи. С их помощью может осуществляться передача ТВ-снимков на борт крупных планетоходов. Сейчас технически возможно создать ТВ-камеру и соответствующий передатчик массой менее 60 г. Малый планетоход может производить сбор образцов пород на поверхности планеты, производить упрощенные анализы их химического состава с помощью твердотельных кремниевых датчиков и определять механические характеристики сыпучих пород по величине усилия, требуемого для погружения ноги и извлечения ее из грунта. Дополнение крупного планетохода семейством малых планетоходов обеспечит значительное расширение объема научных исследований при небольшом увеличении затрат. Большие перспективы имеет использование планетоходов массой порядка одного килограмма при исследованиях Луны, Марса и астероидов. Такие планетоходы могут стать дополнительной нагрузкой для носителей, предназначенных для доставки* основных аппаратов. Замена одного крупного планетохода для комплексных исследований семейством специализированных микропланетоходов обеспечит существенное сокращение затрат при повышении вероятности успешного выполнения программы исследований. Микропланетоходы, оснащенные средствами связи, позволят проводить исследования на больших площадях поверхности планет. С помощью большого числа микропланетоходов можно осуществить широкие исследования районов, выбранных, лнапример, для размещения лунных баз. Эти роботы подобно муравьям будут копать грунт, рыть небольшие тоннели и сгребать в кучи лунные породы, которые астронавты станут в последующем использовать в качестве сырья. Имеются возможности для дальнейшего сокращения размеров и масса микропланетоходов. Создание миниатюрных электродвигателей с очень низким энергопотреблением и использование различного рода интегральных схем - вот путь дальнейшего совершенствования планетоходов. Недавно несколько групп американских специалистов, включая ученых 79
из Массачусетского технологического института и из Беркли (шт. Калифорния) начали проектирование и изготовление микродвигателей на кремниевых подложках. Используя технологический процесс микрообработки (создан для изготовления микродатчиков), им удалось разместить подвижные элементы электростатического привода в вафельной конструкции из кремния (диаметр привода - доли миллиметра). Если удастся разместить привод и электронные компоненты на одной и той же подложке, то станет возможным печатать тысячными тиражами микророботы подобно тому, как сейчас изготавливаются интегральные схемы. Авторы статьи предлагают име-> новать такие микророботы комариными роботами и использовать их тысячами, чтобы за счет высокой степени избыточности обеспечить надежное получение больших объемов научной информации. Создание комариных роботов потребует разработки новых средств математического обеспечения (аналогично сопоставлению использования микрокомпьютеров в параллельных распределительных сетях и применения последовательно соединенных универсальных процессоров), В новых роботах нельзя будет обеспечить двустороннюю связь, но односторонняя передача данных (в направлении от робота ) в узкополосном канале вполне возможна. Примером такого средства связи являются )миниатюрные уголковые лазерные отражатели, которые можно будет установить на каждом микророботе. Обнаружение и связь с микророботами предполагается обеспечить за счет сканирующей аппаратуры на борту орбитального аппарата. Области применения комариных роботов: изучение состава пород на больших площадях поверхности планеты; получение метеорологической информации на поверхности Марса; изучение сейсмической активности. Распределение микророботов по поверхности планеты может быть осуществлено с использованием энергии ветра, прыгающих и летающих механизмов (с накоплением энергии от солнечных элементов). Б.И. Ермишкин "Aerospace America", 1989, 27, № 10, 22-26 80
28. Проект аэростата для изучения Марса в соответствии с программой СССР "Марс-1994* Национальный центр космических исследований Франции (CNES) ведет разработку аэростата для исследований Марса, который может быть доставлен на эту планету советской АМС "Марс-1994". Аэростат должен иметь фирму цилиндра высотой 42 и диаметром 14 м (объем 6200 м ), изготовленного из май- ларовой пленки толщиной 3-6 мкм и заполняемого газообразным гелием. Аэростат будет иметь массу 35 кг. Он способен нести гондолу массой 15 кг, к которой подвешивается трос длиной 30 м (масса 7,5 кг) со вспомогательным оборудованием (питание, антенна и передатчик) и научной аппаратурой массой 3,8 кг (РЛС, дозиметр, акселерометр и гамма-спектрометр). Общая масса летящегося аэростата, составит 65,4 кг. Аэростат будет перемещаться под воздействием ветров (максимальная скорость 60-80 м/с) в разреженной атмосфере Марса (давление 5-10 мбар). Высота подъема аэростата должна изменяться в соответствии с условиями его нагрева лучами Солнца. Днем аэростат может подниматься на высоту 2-4 км и пребывать на ней в течение 8 часов. Ночью аэростат будет опускаться на небольшую высоту так, что трос будет волочиться по поверхности Марса. Метеоприборы аэростата должны регистрировать следующие параметры: температуру, давление и влажность воздуха, скорость ветра и содержание пыли. С помощью ИК- спектрометра (0,8-3,2 мкм) предполагается изучить физико-химические характеристики поверхностных пород, а с помощью РЛС - электромагнитные свойства глубинных пород и содержание воды на глубинах до 3 км. ТВ-камера позволит получать снимки поверхности с высокой разрешающей способностью (10 см). Ретрансляция полученных данных должна производиться с помощью орбитальных аппаратов советской АМС "Марс-1994* и американского КА "Марс Обсервер*, на котором устанавливается ретранслятор французской фирмы Alcatel Espace. Б.И. Ермишкин "Air et Cosmos", 1989, 27, № 1258, 23 11-1 81
29. Бустерный РДТТ ракеты-носителя " Бустерный РДТТ ракеты-носителя (РН) "Ариан-б" разрабатывает фирма GIE Europropulsionf являющаяся совместным предприятием фирм SNIA BPD (Италия) и SEP (Франция). Была поставлена задача разработать высоконадежный РДТТ с воспроизводимыми характеристиками и выбрать соответствующую этим требованиям технологию изготовления. Определены основные характеристики РДТТ (таблица 1). Таблица 1 Основные проектные характеристики бустерного РДТТ РН "Ариан-5" Характеристика Величина Макс, допустимое давление в камере сгорания, бар Номинальная толщина стенки корпуса, мм Тип смесевого твердого топлива Диаметр критического сечения, сопла, мм Геометрическая степень расширения сопла Угол отклонения сопла, Град Уд. импульс в вакууме, кгс.с/кг Общий импульс, кН.с Общее время работы, с Максимальная тяга, кН Макс, рабочее давление в камере сгорания, бар Среднее давление в камере сгорания, бар Масса металлического корпуса, т Масса тепловой изоляции, т Масса соплового блока, т Масса системы воспламенения, т Масса конструкции РДТТ в целом, т Масса заряда твердого топлива, т Масса снаряженного РДТТ, т 64 8,2 НТРВ 18.14 895 мм 13,2 t6 276 622.103 127 6433 60,4 44,7 19,6 4,4 6,5 0,2 30,7 230 260,7 82
Два бустерных РДТТ должны работать совместно с ЖРД НМ-60 первой ступени РН. Отсечка тяги будет происходить на высоте ~55 км. Конструктивно РДТТ с общей длиной 27,5 м и макс, диаметром 3,07 м будет состоять из 9 секций корпуса, снаряженных 4 блоками полибутадиенового смесевого твердого топлива (таблица 2), и соплового блока. В число секций включены переднее и заднее днища. Бесшовные секции будут получаться способом раскатки из кольцевых заготовок низкоуглеродистой стали DGAC с пределом прочности на растяжение 1500 МПа и пределом текучести 1300 МПа, Каждая секция имеет на одном торце кольцевой хвостовик (шип), а на другом - кольцевой паз. Для уплотнения будут применяться 2 эластомерных кольца круглого поперечного сечения, размещаемых в кольцевых канавках на боковых поверхностях пазов. Считается, что такая конструкция уплотнения позволит выполнять проверку на герметичность непосредственно после подстыковки очередной секции, не дожидаясь монтажа всего корпуса и проверки на герметичность внутренним давлением. Блоки смесевого твердого топлива будут иметь длину 3,4, 6,634, 6,634 и 7,625 м. Передний короткий блок выполняется с центральным каналом в форме 15-луче вой звездки для обеспечения повышенного газопрохода при запуске. В двух последующих одинаковых блоках и в заднем удлиненном блоке поперечные сечения каналов будут круго- Таблица 2 Основные характеристики смесевого твердого топлива Характеристика Величина Состав: Перхлорат аммония + катализатор горения, % 68 Алюминий, % 18 Полибутадиеновое горючее-связующее, % 14 Линейная скорость горения при 27 С и 69 бар, мм/с 8,9 Показатель степени в законе скорости горения 0,37 Плотность, кг/м^ 1770 Характеристическая скорость истечения, м/с 1581 83
выми с линейно увеличивающимся диаметром по направлению к соплу. Такой выбор величины поверхности горения обусловлен необходимостью иметь кривую тяги с максимумом 6433 кН на 6-14 с работы с последующим спадом до 4200 кН на ~30 с на участке макс, скоростного напора, с медленным подъемом до 6000 кН на 96 с и с последун>- щим плавным спадом до нуля. В этом случае совместная работа ЖРД первой ступени и бустерных РДТТ позволит иметь перегрузки < 4g. Стенки корпуса будут защищаться теплоизоляцией типа GSM55 или EG2 в зависимости от теплонапряженности конкретного участка конструкции (таблица 3). Так EG2 будет использоваться для защиты поверхности заднего днища в условиях высоких скоростей продуктов сгорания и рециркуляционных токов вследствие отклонения сопла* Для снижения эрозионного воздействия на околосопловую часть заряда твердого топлива и уменьшения тепловой нагрузки на поверхность заднего днища выбрано утопленное сопло с гибким поворотным узлом. Для воротника и горла сопла используется углеродоуглеродный композит, а для раструба- кремнеэемнофенольный композит. Таблица 3 Основные характеристики теплоизоляционных составов Характеристика Фирма-разработчик содержание компонентов; Синтетический полимер ЕРСМ,% Кремнезем, % Арамидное волокно, % Пластификаторы, % Другие компоненты, % Состав GSM55 SEP 55,9 27,9 — 11.2 5 EG2 SNIA BPD 42,6 - 21,3 25,5 10,5 Плотность, кг/м3 1090 1160 Предел прочности на растяжение, МПа 15 ±7 16 ±4 Относительное удлинение, % 500± 200 14 ±6 84
Трехкаскадная система воспламенения будет включать пиротехнический воспламенитель с зарядом из таблеток B/KNO3 в стальной корзине, промежуточный воспламенитель в виде цилиндрического заряда смесевого твердого топлива с массой 0,5 кг и основной воспламенитель в виде небольшого РДТТ в стальном корпусе с зарядом смесевого твердого топлива, имеющим канал в форме 20-лучевой звездки. Для поджига пиротехнического воспламенителя будут применяться 2 электровоспламенителя герметичного типа. Программа разработки бустерного РДТТ включает проведение 3 лётных испытаний в 1995 г. По программе на 1988-1989 гг. были намечены огневые испытания модельных РДТТ диаметром 1,5 м. На 1990-1992 гг. запланированы 2 испытания РДТТ натурного размера с толстостенными корпусами. В 1991-1993 гг. предполагается провести 4 конструкторских огневых испытания натурных РДТТ, на 1993-1994 гг. запланированы 4 аттестационных испытания. Предусматривается также большое число испытаний корпуса, сопла и его узлов, элементов системы воспламенения и т.п., а также испытаний по снаряжению корпуса блоками смесевого твердого топлива. Производство блоков смесевого твердого топлива будет организовано в Гвианском космическом центре. Для получения топлива будут использоваться 2 смесителя периодического действия емкостью 6,814 м каждый фирмы J.H.Day (Цинциннати, шт. Огайо). Они должны были быть поставлены в Куру в октябре и ноябре 1989 г. Аналогичные смесители используются фирмой Hercules (США) при изготовлении зарядов для бустерных РДТТ РН "Дельта-2" и "Титан-4\ а также для ступеней МБР "Трайдент-2". В.А. Карелин "Aerospace Daily", 1989, П1,№ 6, 46-47 ••international Symposium on Europe in Space: Manned Space System" Strasbourg, 25-29 Apr. 1988. ESA SP- 277, Nordwijk, 1988, 145-151 85
30. Разработка космических солнечных энергетических установок В июне 1989 г. НДС А решило не использовать пока солнечно-термодинамические энергетические установки (ЭУ) на ООКС. Ранее планировалось установить 4 ЭУ с выходной мощностью 18,75 кВт каждая. Тем не менее научно-исследовательский центр им. Льюиса НАСА за счет финансирования от министерства энергетики США будет руководить завершением разработки, изготовлением, сборкой и испытаниями ЭУ на выходную мощность 25 кВт с параболическим концентратором солнечной энергии диаметром 11м, Считается, что ЭУ такого типа будут экологически чистыми, надежными и долговечными источниками энергоснабжения в наземных условиях. Не исключается возможность применения разработанной ЭУ на перспективных КА. Разрабатываемая для министерства энергетики ЭУ включает термодинамический свободнопоршневой : преобразователь по циклу Стирлинга, жидкометаллический приемник солнечного тепла и концентратор солнечной энергии. Термодинамический преобразователь ЭУ должен быть поставлен для испытаний в Сандийские национальные лаборатории в 1991 г. Работы на конкурсной основе ведутся двумя группами фирм: с головным исполнителем фирмой Cummins Engine (соисполнители: Sanders - по приемнику тепла, Thermocore - по системе циркуляции теплоносителя, Sunpower - по сво- боднопоршневому преобразователю по циклу Стирлинга) и с головным исполнителем фирмой Stirling Technology ( соио- полнители: Sanders - по приемнику тепла» Thermocore- по системе циркуляции теплоносителя и Westinghouse Electric). Фирма Sanders предложила конструкцию внутриполостно- го приемника тепла, объединенного с тепловой труЬой и теп- лоаккумулятором. Сфокусированное солнечнее излучение через отверстие диафрагмы попадает в полость с вогнутой по- ' лусферической приемной поверхностью тонкой стенки, на которую с обратной стороны поступает жидкий натрий* Испаряющийся натрий поступает на приемную поверхность головки цилиндра двигателя Стирлинга, рабочим телом для которого служит гелий. Конденсированный на головке натрий по каналам с фитилями подводится опять к полусферическому приемнику тепла. В системе предусмотрен фазопереходный тепло- аккумулятор для работы ЭУ при нахождении над теневой сто 86
раной Земли или в ночное время при эксплуатации в наземных условиях. В качестве теплоаккумулирующего вещества предлагается использовать систему LiF— CaF2. Выбор полусферической формы приемника диаметром 28см из сплава Nb-lZr, инконеля 600 и т.п. обусловлен технологическими и прочностными соображениями, хотя близкие параметры теплосьема были получены при расчетах конического приемника с полусферической вершиной. Особое внимание при расчете было, уделено обеспечению равномерного теплосьема с поверхности rf исключению локальных перегревов* Подача жидкого натрия по выпуклой поверхности в условиях невесомости осуществляется с помощью прилегающей к поверхности системы сеточных фитилей, которые не препятствуют выходу пара с температурой 1049-1093 К, генерируемого в режиме пузырькового кипения. Конструкция приемника-испарителя рассчитывается на 56000 циклов термических нагружений в течение ресурса 10 лет при уд. тепловых потоках излучения 50- 100 Вт/см^. По расчетам для ЭУ на выходную мощность 7 кВт масса приемника до двигателя составит 186 кг. Считается, что для ЭУ с термодинамическим свободнопоршневым преобразователем по циклу Стирлинга характерны относительно низкие уд. массы и удовлетворительные КПД при выходных мощностях в диапазоне 1-25 кВт, Современные исследования, в т.ч. фирмы Mechanical Technology. Inc. (MTI) показали, что уд. массы ЭУ будут 25-30 кг/кВт. Термический КПД приемника находится на уровне 91-92%. Для ЭУ с термодинамическим преобразователем по циклу Брайтона характерны уд. массы 140-90 кг/кВт для того же диапазона выходных мощностей. ЭУ с преобразователем по циклу Стирлинга занимает значительно меньший объем, чем ЭУ с преобразователем по циклу Брайтона. Центром перспективных технологий при Кливлендском университете разрабатывается экспериментальный образец концентратора солнечной энергии диаметром 2 м применительно к выявлению технических проблем, которые потребуется решать при создании реальных концентраторов для КА. В основу конструкции положен концентратор 'Санфлаур* разработки 60-х гг. Для получения высокого оптического КПД считалось необходимым удовлетворить следующие требования: 87
- угловое отклонение профиля поверхности < 1 мрад; - степень концентрации излучения > 2000 - коэффициент отражения поверхности > 0,88' - уд. масса < 1,5 кг/м2 Принятая конструкция с фокусным расстоянием 1 м, внутренним диаметром 0,6 м, числом раскрывающихся пшшлвй (секторов) 16 и уравнением параболоида панели z=x + У / 4000, мм, где z - координата по оси симметрии; х, у - ортогональные координаты в плоскости по нормали к оси симметрии с началом координат на уровне монтажного кольца вблизи апекса профиля, имеет расчетную уд. массу 2,4 кг/м Считается, что при большем диаметре будет удовлетворено проектное требование. Панели длиной 0,75 м и шириной 0,38 м предполагается выполнять из склеенных алюминиевых листов с сотовым средним слоем. Оптическая поверхность сначала будет покрываться шпатлевкой на основе эпоксидной смолы для выравнивания шероховатостей. Затем на нее будет наноситься отражающий слой из алюминия, который для зашиты от повреждений будет покрываться слоями оксида алюминия и оксида кремния. С помощью шарниров панели будут крепиться к монтажному кольцу. В сложенном положении концентратор будет занимать объем диаметром 960 мм и высотой 990 мм. Раскрытие панелей предлагается осуществлять с помощью пружин. Фиксация панелей в раскрытом положении будет производиться стопорами. Установлено, что по состоянию на 1989 г. наиболее критическими техническими проблемами являются: - формование панелей заданного профиля; - склеивание панелей; - получение отражающей поверхности с защитными слоями; - обеспечение заданной формы профиля при тепловых нагрузках. Изготовление разработанной конструкции начнется в 1990 г. В.А. Карелин "Aerospace Engineering", 1989, j^, № 6, 50-51 "Defense Daily", 1989, 163, № 56, 448 "Proceedings of 24-th Inter society Energy Conversion Engineering Conference", Washington, DX. Aug. 6-11. 1989, Vol. 2, New-York, 1989, 867-873, 931-935 88
31, Затраты на вывод в космос энергоустановок для перспективных КК и ОС Осуществление перспективных пилотируемых космических полетов в значительной степени зависит от возможностей их обеспечения электроэнергией. В докладе Генри Брэндхор- ста ( Льюисский НИЦ, НАСА), представленном на Европейскую конференцию по космическим энергоустановкам (состоялась 2-6 октября 1989 г, в Мадриде), рассматриваются пути снижения затрат на вывод в космос энергоустановок (ЭУ) требуемой мощности. Статистический анализ характеристик ИСЗ различного назначения показывает, что на систему электропитания ИСЗ приходится около 25% его массы. Следовательно затраты, связанные с выходом в космос ЭУ, составляют значительную часть общих затрат. Уровень энергопотребления на борту пилотируемого космического корабля (КК) или орбитальной станции (ОС) зависит от типа используемой системы жизнеобеспечения (СЖО). Для ОС типа "Скайлэб" (США) и "Мир" (СССР), на которых использовались СЖО открытого типа (обеспечение жизнедеятельности только за счет доставки с Земли продуктов питания, воды и кислорода), удельное энергопотребление составляет 1,0-1,5 кВт/чел. В частично замкнутых СЖО удельное энергопотребление возрастает до 3t5 кВт/чел., а в полностью замкнутых - до 10-12кВт/чел. На основании этих данных автор доклада пришел к заключению^ что для перспективных ОС, КК и поселений на поверхности Луны и планет Солнечной системы удельное энергопотребление должно быть в пределах 5-15 кВт/чел. Таким образом для лунной базы с персоналом 6 человек при использовании замкнутой СЖО потребуется энергоустановка мощностью порядка 100 кВт, При использовании современных носителей удельные затраты при выводе в космос полезных нагрузок (ПН) составляют (в тыс. долл./кг): на низкие околоземные орбиты (LEO) - 7-9; на геостационарную орбиту - 25-35; на траектории полета к Марсу - 500-800. Масса ЭУ определяется ее мощностью и удельной мощностью (табл. ) по мере совершенствования техники будет обеспечиваться повышение удельной мощности и снижение массы ЭУ. 12-1 89
Удельная мощность компонентов систем электропитания Наименование Существующий уровень техники Ближайшее будущее Дальняя перспектива Панели солнечных 50 батарей, Вт/кг (Si) Аккумуляторные ба- 40 тареи., Вт.ч/кг (N1-H2) 125 300 (GaAs) (тонкопленоч- * ные) 80 (Ni~H2) Ядерные энергоустановку Вт/кг 30 (SP-100) 800 - 1000 (Н2=О2) 80 (динамические SP - 100) Для сокращения затрат необходимо добиться существенно» го снижения удельной стоимости запуска носителей. Затраты на запуск зависят от пяти основных , факторов: размеров носителя, частоты запусков, размеров серии при производстве носителя, требований к качеству и эксплуатационной надежности. Важнейшее значение имеет технический уровень носителя. Ожидается, что в ближайшем десятилетии удастся снизить до 1 тыс. долл./кг удельные затраты (при выводе ПН на LEO. Автор доклада пришел к заключению, что за счет использования более совершенных ЭУ и носителей удастся снизить затраты на запуск ЭУ в 100- 1000 раз при полетах на Луну и 10-30 раз при полетах на Марс. На лунных базах (при продолжительности ночи 14 суток) ядерные ЭУ будут иметь большое преимущество по сравнению с солнечными ЭУ, на Марсе (длительность ночи 12 часов) это преимущество станет незначительным. Б. И. Ермишкин <l(Proc. Eur. Space Power Conf. Madrid, 2-6 Octf 1989t Vol. lf Noordwijk, 1989, 133-136 90
АВТОМАТИКА И РАДИОЭЛЕКТРОНИКА 32. Обработка изображений, представляемых экипажу КК По заданию Европейского космического агентства (ЕКА) были проведены исследования концепций рабочей станции экипажа КК, При этом особое внимание уделялось аспектам сопряжения человек-машина, относящимся к обработке текстуальной, графической и видеовизуальной информации, использованию методов наложения и обработки изображений для повышения их качества. Отработка концепций осуществлялась на основе результатов экспериментов с комплектом аппаратных средств, включавших в свой состав рабочую станцию с возможностью воспроизведения графической информации и системы обработки изображений. Один из основных экспериментов проводился с установкой VPU (Video Processing Unit) и заключался в демонстрации возможности воспроизведения видеоинформации в реальном времени на экране главного дисплея с высокой разрешающей способностью в комбинации с другими имеющимися данными в виде текстовой и графической информации. Этот эксперимент позволил изучить различные возможности по обработке видеоинформации с целью улучшения качества воспроизведения, причем для представления данных и осуществления сопряжения человек-машина использовались клавиатура и устройство ввода типа мышки. Соответствующая аппаратура должна была обеспечить возможность ввода информации в реальном времени с выхода цветной телевизионной камеры на приборах с зарядовой связью (ПЗС) с разрешающей способностью Sl2x SI2 элементов изображения и обработки видеоинформации для улучшения качества воспроизведения на экране дисплея (введения цветокорректиров- ки, повышения контраста, уменьшения уровня шумов и обеспечения обнаружения границ контуров) и обеспечения управления воспроизведением (изменение фокусного расстояния, наложение текста и видеоинформации, объединение данных). Аппаратура должна также обеспечить возможность осуществления интерактивной манипуляции и комбинирования информации для ее представления в логичной и "дружеской" 91
по отношению к пользователю форме на экране цветного дисплея с высоким разрешением. Кроме того, должна иметься возможность демонстрации дистанционного интерактивного управления с рабочей станции положением телевизионной камеры на ПЗС (в азимутальной и угломестной плоскостях) с воспроизведением состояния камеры на экране дисплея. Система обработки изображений состоит из нескольких печатных плат, вставляемых в корпус стандартных размеров. Шина корпуса соединяется с системной шиной в пределах графической рабочей станции, что позволяет процессору рабочей станции иметь прямой доступ ко всем печатным платам видеоинформации для обеспечения общего управления и обеспечения проведения нужных установок. Эти платы используют быстродействующую специализированную шину для магистральной передачи видеоданных в реальном времени. Для каждого основного цветового канала (красного, зеленого, синего) имеются четыре платы плюс оконечная плата для завершающего цифро-аналогового преобразования. Первая плата является модулем сбора видеосигналов и их отображения. С ее помощью под программным управлением становится возможным выбор одного из восьми аналоговых входных видеосигналов и одного из четырех аналоговых входных фильтров. Аналоговый входной сигнал обрабатывается с помощью схемы синхроселектора, восстановителя постоянной составляющей, а также программируемой схемы управления коэффициентом передачи и смешения перед подачей на 8-битовый аналого-цифровой преобразователь. Преобразованный в цифровой вид видеосигнал выводится на специализированную шину. Один из трех входных цифровых видеосигналов выбирается под программным управлением для представления тремя комплектами выходных просмотровых таблиц и цифро-аналоговыми преобразователями. Получающиеся в результате три аналоговых видеосигналов пригодны для возбуждения электронно-лучевых пушек (красного, зеленого, синего) видеоконтрольного устройства (монитора). Вторая печатная плата является модулем запоминания кадра, который обеспечивает получение запрограммированного пользователем разрешения видеоизображения и обработку в пределах видеоизображения представляющих интерес областей с помощью третьей печатной платы, представляющей собой модуль магистрального процессора. Имеются также еще че- 92
тыре платы, основной функцией которых является наложение на аналоговые сигналы с высокой разрешающей способностью информации, поступающей от цифрового канала со средней разрешающей способностью на плате обработки изображений. Изображение, поступающее с телевизионной камеры, является аналоговым сигналом, который на первой печатной плате преобразовывается в цифровой вид, согласовывается и направляется на следующую печатную плату для цифровой обработки (например, для выполнения операции свертки с использованием определенного фильтра). После обработки сигнал изображения поступает на цифро-аналоговый преобразователь на первой печатной плате для наложения на сигнал с высокой разрешающей способностью рабочей станции. Визуально воспроизведение осуществляется в виде окна на экране с большой разрешающей способностью* При обработке видеосигналов осуществляются цветокор- ректировка, повышение степени контрастности, снижение уровня шумов и обнаружение кромок (контуров)» По результатам проведенных экспериментов сделан ряд выводов. Так, использование цвета было признано целесообразным в случае точной ассоциации значений: красный цвет - для тревожной сигнализации, оранжевый - для привлечения, внимания и пр. Что касается воспроизведения видеоинформации, то цвет имеет смысл использовать в случае, если объекты, на которые ориентирована телевизионная камера, имеют цветовую раскраску. Использование цветов оказалось полезным^ и для цветового кодирования воспроизводимой информации. Что касается воспроизведения окон, то возможность изменения размеров и расположения предоставляет значительные удобства для экипажа. Фиксированное положение окна может быть также использовано в качестве средства кодирования. Весьма перспективной считается также возможность интеграции на одном экране индикатора с высоким разрешением различного.вида информации (текстовой, графической, видеоизображений). И в этом случае рекомендуется использование ограниченного числа окон для воспроизведения. Интерес представляет также возможность наложения текстовой информации (или графических данных) на видеоизображение, воспроизводимое в пределах некоторого окна. Такая возможность может быть использована для обеспечения 93
ощущения глубины (для этого может быть также исследовано использование методов получения стереоизображений). Что касается использования устройства ввода типа мышки и отдельной клавиатуры для управления положением телевизионной камеры с двумя степенями свободы, наилучшего решения пока не найдено. Н.Я. Шербак "Int. Symp. Eur. Space Manned Space Syst/% Stras- burg, 25-29 Apr., 1988.- Noordwijk, 1988.-509-514 33. Приборы типа SVS для обеспечения работ с ИСЗ, летящими вблизи МВКА "Спейс Шаттл" Работы с ИСЗ, выгруженными на орбите из отсека полезных нагрузок (ПН) МВКА "Спейс Шаттл* % требуют использования специальных ТВ-приборов для определения расстояния до ИСЗ и характера перемещений ИСЗ (линейных и вращательных) относительно корпуса орбитальной степени (ОС). Без таких приборов трудно использовать дистанционный манипулятор ОС без риска нанести повреждения ОС. Необходимость разработки прибора SVS ( Space Vision System - система космического выделения) была осознана Национальным исследовательским советом (NRC) Канады еще в 70-х годах, когда канадские организации создавали дистанционный манипулятор "Канадарм" для американского МВКА "Спейс Шаттл". Совет NRC решил принять за основу при разработке прибора SVS лабораторный образец прибора RPS (Real-Time Photogramraetry System - фотограмметрическая система, работающая в реальном времени), созданного Ллойдом Пинкни (Pinkney) и Чарльзом Перратом. Под фотограмметрией ъ реальном времени понимается анализ наблюдаемых событий на основе компьютеризированной интерпретации снимка. В . приборе SVS . наблюдение за объектом ведется с помощью одной TBr-камеры, к спорая сканирует объект с частотой 30 раэ в секунду. Для облегчения наблюдений за объектом на его внешних поверхностях наносятся хорошо видимые метки, информация о положении которых заносится в память ЭВМ прибора. Благодаря меткам, ЭВМ на основе информации» поступающей от одной ТВ-камеры, может с высокой точностью определять положение и ориентацию объекта относительно корпуса ОС (при использо* 94
в^нии двух ТВ-камер обеспечивается только определение относительного положения объекта, но не его ориентации). Прибор SVS может определять, в каком направлении движется наблюдаемый ИСЗ (вверх, вниз, в сторону.приближается или удаляется от ОС), и измерять составляющие его угловой скорости по осям тангажа, рысканья и крена. Результаты измерений высвечиваются на дисплее оператора, что облегчает его работу по управлению дистанционным манипулятором. Благодаря прибору SVS на установку в отсек ПН ИСЗ, летящего вблизи ОС, затрачивается менее 6 минут (без прибора требуется 33 минуты). Для изучения возможности разработки прибора SVS в 1983 г. был заключен контракт в сумме 650 тыс. долл. С фирмами Spar Aerospace (Торонто) и Leigh Instruments (Оттава). Контрактом 1984 г. (стоимостью 3,5 млн долл.) с фирмой Spar предусматривалась разработка прибора SVS, микропроцессорной системы управления работой прибора, панелей с дисплеями и увязка конструкции прибора с конструкцией СЮ. На фирму Leigh была возложена ответственность за разработку блока, обеспечивающего фотограмметрию в реальном времени, В 1984 г. Марк Гарно совершил полет на МВКА "Спейс Шаттл* для знакомства с работой приборов на борту ОС, которые должны были работать совместно с SVS . Гарно сделал также ТВ-съемку полета ИСЗ ERBS, , на наружной поверхности которого были нанесены хорошо видимые метки. Хотя после выброса с помощью дистанционного манипулятора ИСЗ ER3S в открытое космическое пространство невооруженным глазом не обнаруживались какие-либо перемещения ИСЗ, то экспериментальный образец прибора SVS позволил заметить, что ИСЗ ERBS имеет небольшие угловые перемещения и что его ориентация изменяется. В 1986 г. намечалось провести летные испытания прибора SVS на борту МВКА, но катастрофа МВКА в январе 1986 г. не позволила провести эти испытания. Они перенесены на 1992 г. Их основная задача - оценить работоспособность прибора SVS и его возможности по облегчению обработки ИСЗ, летящих рядом с ОС. На первом этапе летных испытаний прибор SVS будет использоваться Для определения положения дистанционного манипулятора при захвате устройства крепления макета ИСЗ, именуемого СТА ( Canadian Target Assembly ). При испытаниях будут изменяться 95
разрешающая способность и чувствительность прибора SVS при выполнении ряда операций: захват закрепленных и свободно летающих ИСЗ, стыковка, обслуживание, контроль точности работы» На втором этапе намечается производить перемещения макета СТА с помощью дистанционного манипулятора, чтобы имитировать операции по сборке орбитальной <У станции и обслуживанию летающих в космосе ИСЗ. Все этапы испытаний будут записываться на видеопленку для послеполетного анализа результатов испытаний. Часть ТВ-информации предполагается передавать в реальном времени на Землю, чтобы анализировав ход испытаний с помощью учебной модели прибора SVS и выдавать в случае необходимости рекомендации астронавту, находящемуся на борту ОС, Второй этап летных испытаний имеет целью оценку большого числа характеристик прибора, включая алгоритмы процессов фотограмметрии, работу прибора при слежении за различными целями, удобство дисплеев для операторов, калибровку замкнутых каналов ТВ-связи. Предполагается, что опыт разработки прибора SVS будет использован при проектировании системы MSS (Mobile Servicing System - подвижная система обслуживания), которая является вкладом Канады в американскую станцию ООКС. Приборы типа SVS уже получили практическое применение. Фирма Difracto Ltd. (Виндзор) создала систему управления, именуемую "Роботрэк", с помощью которой робот производит снятие автомобильных деталей с конвеерных линий. Специалисты фирмы обнаружили, что такое устройство можно использовать для обнаружения дефектов на кузовах автомобилей» Фирма Leigh Instruments разработала систему SALS (Shipborne Aircraft Landing System - систему посадки самолетов корабельного базирования) для облегчения посадки на палубу судов вертолетов и самолетов с дистанционным управлением. В системе SALS используется техника фотограмметрии в реальном времени для определения положения самолета относительно палубы корабля. Б.И. Ермишкин "Canadian Aviation", 1989, 62, N* 10, 19-20 96
34. Разработка блока спутниковой аппаратуры EMS для связи с подвижными пользователями Агентство ЕКА в октябре 1989 г. одобрило план финансирования работ по блоку спутниковой аппаратуры EMS (European Mobile System), который должен обеспечивать связь с подвижными наземными пользователями на территории Европы, Разработка и изготовление блока EMS обойдется в 30 млн экю (270 млн фр. фр.), С помощью блока EMSt размещенного на борту ИСЗ, будет обеспечиваться связь с использованием существующей сети НС системы VSAT. Система EMS станет первой западноевропейской системой для передачи данных и голосовой связи с подвижными наземными пользователями. Другие системы, находящиеся в состоянии разработки, предназначаются только для передачи данных» Во всех этих системах используется L-диапазон. Система "Стандарт-С" организации "Инмарсат" вступит в эксплуатацию в 1990 г* Запуски первых ИСЗ системы "Локстар" намечены на 1992 г. Блок аппаратуры EMS предполагается установить на борту ИСЗ "Евтелсат-2*, запуск которого состоит или в конце 1992 г. или в середине 1993 г* Решение об установке блока EMS намечалось принять на заседании совета организации "Евтелсат* в ноябре-декабре 1989 г. В случае отказа организации "Евтелоат" блок EMS может быть установлен на борту ИСЗ "Локстар" или "Италсат-2". Блок EMS ^обеспечит связь по 300 двусторонним телефонным каналам, что позволит обслужить около 30 тыс* машин (главным образом грузовых автомобилей). Стоимость терминала для наземного подвижного пользователя оценивается в 4-5 тыс. долл. Б.И. Ермишкин etCosmos", 1989, £7, N» 1258, 40 13-1
НАУЧНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ 35. Программа прогнозирования критических явлений в космосе В Японии основана Программа прогнозирования критических явлений в космосе под руководством специалистов Научно-исследовательской лаборатории по проблемам связи Японии. Целью этой программы является создание в течение 10- 15 лет системы для прогнозирования критических явлений в космическом пространстве, влияющих на деятельность чело» века в космосе, и космических систем для применения в 21 столетии» Основное внимание при прогнозировании уделяется возмущениям в плазме и радиационному фону в магнитосфере и верхней ионосфере, где ожидается наибольшая активность человека в космосе* Таким образом, прогноз состояния космоса является конкретной частью прогнозирования космической среды, включающей прогнозирование применительно к системам, работающим на Земле, Любая служба наблюдения за космическим пространством требует применения сети систем для осуществления наблюдений в глобальном масштабе и сбора данных в результате таких наблюдений. Эта необходимость неизбежно приводит к организации международного сотрудничества. Одной из систем, существующих в рамках этого сотрудничества, является служба. IUWDS при URSI (International Union of Radio Science) работающая совместно с Международным астрономическим союзом и Международным союзом по геодезии и геофизике. Для организации системы прогнозирования состояния космоса и критических явлений в нем и успешного функционирования такой системы важно: 1) разработать эффективный алгоритм для предсказаний критических солнечных и геофизических явлений на основе объединения результатов исследований; 2) гарантировать непрерывные потоки данных в реал ном времени или поступающие с высокой скоростью, что необходимо для нормальной работы алгоритма прогнозирования. В частности, для прогнозирования состояния солнечных вспышек необходимы непрерывные наблюдения Солнца в широком диапазоне частот спектра электромагнитных волн от радио до оптических и рентгеновских лучей и даже гамма- 98
лучей. Необходимы также спутниковые системы, обеспечивающие возможность прогнозов радиации и состояния плазмы в космосе, В настоящее время ни одна организация в мире не имеет ресурсов для осуществления подобного прог^- нозирования собственными силами. Это возможно лишь на основе долговременной координации работ научных учреждений и организаций. Работы по Программе прогнозирования явлений в космосе начались в 1988 г. Это время оказалось наиболее удобным по целому ряду причин* Во-первых, в 1091 г, ожидается максимум 22-летнего периода солнечной активности - последний в этом столетии. Для обеспечения надежных прогнозов в 21 столетии необходимы существенные усовершенствования в области физики Солнца и магнитосферы. Кроме того, следует начать обучение персонала операциям, связанным с прогнозированием. Во-вторых, недавние достижения в области вычислительной техники и связи обеспечивают возможность обработки собираемых в глобальном масштабе данных практически в реальном времени. При этом наблюдается тенденция развития связи между компьютерами с целью обеспечения обмена данными. В третьих, процесс планирования организован с учетом программы STEP (изучение поступления на Землю энергии Солнца) на 1990-1995 гг Эта международная программа направлена на изучение производства энергии, передачи, хранения и рассеяния через окружение Солнца-Земли, Основным звеном системы прогнозирования является Центр прогнозирования, который должен иметь следующее оборудование: 1) вычислительную систему, оснащенную связным оборудованием для сбора данных, их анализа в реальном времени и распределения готовых прогнозных данных; 2) наземные станции для наблюдений Солнца, с тем чтобы получать в реальном времени наиболее важные данные для прогнозирования вспышек на Солнце и магнитных бурь; 3) оборудование для мониторинга состояния космоса, установленное на борту геостационарного ИСЗ, для наблюдения потоков рентгеновских лучей, скоплений горячей плазмы и потоков высокоэнергетических частиц. В соответствии с планом работ Программа подразделена на три этапа по пять лет каждый: - установка необходимого оборудования в Центре прогнозирования; QQ 13-2 "
- разработка алгоритма прогнозирования; - рабочие испытания. Указанные этапы могут перекрываться во времени. При установке вычислительной системы основное внимание уделялось техническим возможностям сети, поскольку они определяют способность компьютера собирать и распределять данные, включая и данные, полученные на основе локальных наблюдений в самом Центре. В то же время идет подготовка к сбору данных об авроральной зоне со станции Сева в Антарктике, о солнечном ветре и высокоэнергетических частицах с геостационарного метеорологического ИСЗ. Ведутся переговоры о сборе данных с других научных ИСЗ. Сотрумничество с научными учреждениями и организациями является для Центра жизненно важным. Большое значение придается сотрудничеству с управлением NOAA, имеющим в этом направлении большой опыт. М.Е. Фикс "Space Science Reviews", 1989, 5JL, № 1-2, 197-214 36. Некоторые результаты исследований Марса Современные представления о Марсе во многом базируются на основе анализа данных, полученных во время полета американских автоматических КА серий "Маринер" и "Викинг". КА "Маринер-9" пробыл на околомарсианской орбите 349 суток, его бортовые камеры включались 14004 раз, с борта КА поступило 7329 снимков поверхности Марса. Спускаемый аппарат КА "Викинг" находился на поверхности Марса в районах Chryse Planita и Utopia Planita, а орбитальный аппарат пребывал на околомарсианской орбите. Оба эти аппарата проработали около двух марсианских Ъет. На борту орбитального аппарата находился такой очень сложный прибор как спектрометр MAWD (Mars Atmospheric Water Detector - детектор водяных паров в атмосфере Марса). Спектрометр MAWD обеспечивал измерения солнечного излучения после двухкратного происхождения через атмосферу Марса по пяти каналам ИК-диапазона, соответствующим полосе поглощения водяных паров при длине волны 1,3 8 мкм. Эти измерения позволили определять содержание водяных паро 100
в> атмосфере Марса. С помощью касающегося зеркала производилось зондирование атмосферы Марса в направлении перпендикулярном его поверхности. Спускаемый аппарат КА "Викинг" позволил произвести с очень высокой точностью непосредственные измерения давления атмосферы Марса на его поверхности. При проведении гидрологических исследований большое значение имеет тройная точка (давление Р=6,1 мбар, температура t =0,01°С), в которой сходятся три кривых равновесного состояния фаз лед - водяной пар, лед - вода и вода - водяной пар. Параметры атмосферы на поверхности Земли значительно превышают параметры тройной точки. Гидрологические и гляциологические исследования на поверхности Земли связаны в основном с кривой равновесных состояний вода-водяной пар и значительно реже с кривой лед - вода. Параметры атмосферы на поверхности Марса в отличие от Земли соответствуют кривой равновесных состояний лед- водяной пар. Вода на поверхности Марса не может оставаться в жидком состоянии. Стабильными могут быть только твердая (лед) и парообразная (водяной пар) фазы. Благодаря низкому давлению атмосферы Марса водяной пар находится в состоянии близком к насыщению на всех высотах. Это объясняет факт существования облаков в атмосфере Марса, которые были обнаружены астрономами еще в 19-м веке. Ученые подсчитали, что в атмосфере Марса зимой находится 0,5 млрд т. водяных паров, а летом - 1,5 млрд т, что соответствует среднему содержанию величиной 1 млрдт (около 1% массы атмосферы). В атмосфере Земли содержится 13 • 10" т воды (3% массы атмосферы). Этот водяной пар сохраняется в атмосфере в результате процессов круговорота воды (поступление в атмосферу благодаря процессам испарения, выпадение в виде осадков). В течение года через атмосферу проходит 71Д0**-2 т воды. В морях и океанах Земли содержится 1,3.10^8 т воды. На Марсе водяной пар не находится в состоянии равновесия со льдом (масса льда в марсианских породах на порядок больше, чем масса водяного пара в атмосфере Марса). По данным, полученным с помощью КА "Викинг*-!", средняя температура воздуха на поверхности Марса составляет -33°С днем и -83°С ночью (среднесуточная температура -58°С), Суточный перепад температур составляет 50°С (с 101
отклонениями не более 2,5 С). Перепад температур в течение марсианского года (между летом и эимой) на поверх-» ности Марса достигает лишь 20°С, а на глубине 10 м он практически не отмечается, В экваториальных районах Марса лед в приповерхностных слоях отсутствует, в районах с широтой более 30° лет может находиться в стабильном состоянии в течение большей части года. Как считают специалисты, вечная мерзлота на Марсе сохраняется на глубинах в несколько десятков метров. Можно полагать, что в полярных шапках Марса содержится значительное количество льда. Благодаря эксцентриситету орбиты Марса происходят преобразования в южной и северной полярных шапках, выражающиеся в изменении соотношений между льдом и твердой углекислотой/ которая также входит в состав атмосферы Марса. Градиент температуры с увеличением глубины составляет на Марсе 4,5 С на 10 м, Отсюда следует, что на глубине несколько десятков метров сохраняется постоянная температура -50°С, независимо от времени суток и времени года. Полагают, что в центре Марса температура составляет 2000 С. Зоны вечной мерзлоты возникают в местах образования кратеров при ударах метеоритов о поверхность Марса. Размеры кратеров пропорциональны энергии соударения. Например, при энергии 9 ГДж диаметр кратера составляет 10 м, а при 10 тыс. ГДж (эквивалентна энергии взрыва ядерной бомбы) - 120 м. Температурный режим Марса изменяется во времени, так как согласно расчетам Дж. Гриблина точка перигелия орбиты Марса прецессирует с периодом 72 тыс. лет, а точки равноденствия - с периодом 180 тыс. лет. Комбинация этих двух видов прецессии орбиты Марса приводит к тому, что количество энергии, поступающей от Солнца, изменяется циклически с периодом 51,5 тыс. лет. Данные, полученные с помощью КА "Маринер" к* 'Викинг", подтверждают гипотезу о том» что в первобытные времена на Марсе существовал океан. В начале в атмосфере Марса было высокое содержание азота-15 и давление на поверхности планеты было в 50 раз выше, чем сейчас. Фотомозаика поверхности Марса в масштабе 1:2 000 000, составленная Геологической службой США на основе снимков КА "Викинг*, позволила обнаружить русла восьми крупных рек, пять из которых находятся в районе Chryse PI arm a. 102
На поверхности Марса обнаружены многочисленные районы, называемые "котлами", которые имеют форму колец диаметром около 700 м. Эти районы считаются глубинными марсианскими ледниками. Ученые считают, что вулканизм на поверхности Марса значительно отличается от земного вулканизма. В то же время отмечается большое сходство во внутреннем строении Земли и Венеры. Поверхность Земли состоит из нескольких крупных плит, в местах столкновения которых образуются горные цепи (например Гималаи). Кора на поверхности Марса представляет собой "моноблок"'. Изобилие крупных вулканов на Марсе, как считают ученые, является следствием неподвижности поверхностной коры Марса» Б.И. Ермишкин "Air ct Cosmos", 1989, 27, N» 1255, 40-41 37. Проект СОВЕ для космических исследований В ноябре 1989 г* намечалось произвести с помошью РН "Дельта* запуск астрономического ЙСЗ СОВЕ (Cosmic Background Explorer - исследователь космического фона). Предложение о разработке ИСЗ СОВЕ было сделано в 1977 г. НИЦ им. Годдарда. По первоначальному проекту ИСЗ массой 5 т предполагалось вывести на орбиту с помошью МВКА "Спейс Шаттл". После катастрофы МВКА с орбитальной ступенью "Челленджер" проект был пересмотрен: масса ИСЗ была уменьшена до 2,5 т, чтобы можно было проэвести запуск одноразовой РН. Снижение массы было достигнуто в основном за счет отказа от использования бортовой ДУ, которая должна была перевести ИСЗ с низкой орбиты, на которой находится МВКА, на расчетную орбиту высотой 900 км: РН "Дельта" обеспечивает вывод ИСЗ СОВЕ на расчетную орбиту. На борту ИСЗ СОВЕ установлено три основных прибора: DDIRBE (Diffuse Infra Red Background Experiment -прибор для регистрации диффузного фонового ИК-излучения); 2) FIRAS (Far InfraRed Absolute Spectrometer , - абсолютный спектрометр для регистрации излучений в 'дальней части ИК-диапазона); 3) DMR (Differential Microwave Radiometer - дифференциальный микроволновый радиометр). 103
Прибор DIRBE регистрирует излучения в десяти полосах интервала длин волн от 1 до 300 мкм. Сопоставление получаемых данных в различных полосах этого интервала позволит воспроизвести события, которые происходили в начале звездной эпохи развития Вселенной и в одной из частей эпохи излучений. Ученые ожидают, что с помощью прибора DIRBE они смогут получить данные об отдаленном этапе развития Вселенной, когда вещество было еще нвпроз*- рачно и не пропускало никаких излучений. Спектрометр FIRAS состоит из анализатора излучений (соответствующих по времени возникновения Большому взрыву), который делит пучки ИК-излучений на два потока. Рекомбинация пучков с помощью устройства запаздывания позволяет усилить излучение. Например при наложении излучений с длинами волн 8 и 16 мкм, излучение 18 мкм нейтра«- лизуется, а амплитуда излучения 8 мкм увеличивается. Радиометр DM R работает в принципе так же^ как и усилитель средней частоты, ИСЗ СОВЕ является первым ИСЗ для проведения космологических исследований. Он предназначается для изучения событий, происходивших во время образования Вселенной. В 1965 г. Арно Пенэиас и Роберт Уилсон открыли, что реликтовое излучение соответствует температуре 2,7 К. Это излучение распространяется во всех направлениях (сферическая симметрия), что является косвенным подтверждением теории Большого взрыва. Эта теория нуждается в* дальнейшей теоретической разработке и в экспериментальном подтверждении, ИСЗ СОВЕ даст возможность собрать информацию о первых миллионах лет существования Вселенной, когда еще не светились звезды, когда еще не было атомов водорода и все излучения поглощались веществом. Первые излучения во время образования звезд появились в ИК-диапазоне. Бортовая аппаратура ИСЗ СОВЕ предназначается для изучения излучений тел с температурой 2,7 К (длина волны излучения около 1 мм). Для регистрации этих излучений необходимы детекторы, охлаждаемые жидким гелием до температуры 1,4 К. Б.И. Ермишкин "Air et CosraosMf 1989, £7, № 1259, 44-45 104
38. Взаимодействие НАСА с университетами США НАСА широко привлекает к участию в космических исследованиях (И) и реализации своих образовательных программ университеты и их сообщества в кооперации с промышленными фирмами,и их объединениями. В структуре НАСА имеется Бюро аэронавтики и космической технологии - БАКТ (в аббревиатуре английского наименования OAST ) и Отдел образования с сектором университетских программ, которые тесно взаимодействуют с Университетской ассоциацией космических И - УАКИ(в аббревиатуре английского наименования - USRA )• Особое место среди программ, предусматривающих взаимодействие с университетами» занимает сравнительно недавно учрежденная Программа перспективных проектов. Ассоциация УАКИ учреждена под покровительством Национальной академии наук (АН) США в 1969 г. как частная бесприбыльная корпорация. Ее задача тогда и теперь - обеспечение совместной работы университетов, НИИ, правительственных, общественных и частных организаций над перспективами космической науки и техники. С 1981 г. УАКИ возглавляет профессор геофизики Пауль Дж. Колеман. Полномочия УАКИ распространяются на 64 университета-члена корпорации, каждый из которых выплачивает единовременно вступительный взнос и аккредитует своего представителя в совете. Совет УАКИ на ежегодных сессиях* рассматривает программы и определяет политические установки для попечительского совета, в котором имеют представительство на региональном уровне университеты-члены УАКИ и промышленность. Финансирование УАКИ осуществляет преимущественно ' НАСА через гранты, В деятельности УАКИ отмечают следующие важные периоды и направления. В 1969 г. АН и НАСА уполномочили УАКИ ведать новым Институтом Луны и планет (ИЛП), учрежденном в Хьюстоне с целью усиления участия АН в пограммах НАСА по И Солнечной системы. ИЛП располагает обширной библиотекой, содержащей материалы по лунным и планетарным И, Другой вид деятельности ИЛП - проведение совещаний, конференций и семинаров, программы встреч и обширный компьютерный комплекс, связанный с НИЦ Джонсона НАСА. В 1971 г. УАКИ ввела в своей Космической программе раздел материаловедения и технологических процессов, в ко- 105
торый вошли И по биотехнологии, теории горения, гидродинамике и явлениям переноса, материалам для электроники, стеклу и керамическим материалам, металлам и сплавам. В рамках программы осуществляется руководство деятельностью ученых, приглашенных в НИЦ Маршалла (г. Хантсвилл, шт. Алабама), и организация рабочих групп ученых в интересах поддержки взаимосвязей НАСА с другими ведомствами, включая агентство ЕКА и промышленность. В 1972 г. НАСА дало УАКИ полномочия учредить при НИЦ Ленгли (г. Хэмптон, шт. Вирджиния) Институт прикладного использования вычислительной техники в науке и технике. Этот институт обеспечивает взаимосвязи межру НИЦ Ленгли и академическим сообществом в областях - прикладной математики, вычислительных наук, прикладного использования компьютеров для решения научных и технических задач аэродинамики и астронавтики. Кроме того он организует конференции, семинары, и ^ осуществление программ летних визитов с привлечением зарубежных гостей. В 1982 г. в составе УАКИ сформирован Отдел космической биомедицины, задача которого - стимулировать участие университетов в программах космической биомедицины НИЦ Джонсона. НАСА поддерживает это направление, обеспечивая участие штатных и приватных ученых, проводя семинары, конференции, летние курсы и организуя рассмотрения конкурсных проектов. В 1983 г. НАСА уполномочило УАКИ учредить НИИ прогресса вычислительных наук (RIACS) при Эймском НИЦ (Моффет Филд, шт. Калифорния). Этот НИИ выполняет И в области вычислительных наук с акцентом на крупномасштабную вычислительную физику, технологию экспертных систем для космических и наземных приложений, теорию управления и науки о жизни. Он также поддерживает И других институтов средствами компьютерных сетей соединенных в суперкомпьютер. Программа перспективных проектов удовлетворяет специфические нужды НАСА и университетов. Ее отличает исключительная простота содержания и незначительная стоимость (на 1988 г. всего 1,4 млн долл.). БАКТ каждые 2 года рассылает университетам запросы на предложения по участию в принятых НАСА технических программах. Каждый из отобранных по конкурсу университетов связывается с уполномоченным для осуществления деловых контактов представите- 106
лем соответствующего НИЦ НАСА (на жаргоне участников программы - 'наставник центра*). Учреждению этой программы предшествовал начатый заместителем директора БАКТ по разработке программ Сте- ном Сэдином в конце 1960-х - начале 1970-х гг. поиск концептуальных мер стремительного ускорения программ перспективных И. В то время НАСА пыталось определить виды критических технологий, которые могли бы образовать базовые блоки, необходимые для развития космической технологии в будущем. Большинство И велись внутри НАСА, однако часто предусматривались поставки от промышленности, которая также рассматривала проблемы перспективы. Результаты И промышленности НАСА не удовлетворяли, так как промышленные концерны и тогда и теперь вынуждены придерживаться классической установки - быстрее получить прибыль. Ее главный интерес в продаже "впечатляющих" ближнесрочных программ. Продолжая поиск, Сэдин нашел некоторые элементы того, что требовалось в Летней программе профессорско-преподавательского сообщества - одной из программ Отдела образования штабквартиры НАСА в Вашингтоне. Эта существующая и поныне программа дает преподавателям университетов стипендии и обеспечивает им возможность в летний период 10 недель проводить в полевых НИЦ НАСА, выполняя И в областях, относящихся к их кругу интересов. Со времени принятия программа претерпела существенные изменения. Первоначально она включала лишь незначительную часть от современной программы - преимущественно групповые сборы для изучения конструкций — ежегодно не более 20- 25 чел. Теперь эта часть программы охватывает более 250 преподавателей, которые обеспечиваются повышенными стипендиями. Анализ программы показал, что в ее рамках выполняется ряд интересных И, связанных с поиском внеземных цивилизаций, колонизацией космоса, автоматикой и робототехникой. Руководители программы включили в программу И практическую задачу - через развитие автоматизации и робототехники как научных дисциплин стимулировать появление новых И в таких областях, как космические поселения и полеты к Марсу. Проведенные И создали базис для крупных изменений в программах НАСА, показав, что это ведомство 14-2 107
должно предпринять вполне реальные шаги по интенсификации своих усилий в областях автоматизации и робототехники. Результаты летних И помогли также определиться в вопросе о том, какого вида программы НАСА следует предпринять и какого рода изменения потребуются в будущем. К началу 1980-х гг. стало ощущаться, что Летняя программа профессорско-преподавательского состава не в состоянии удовлетворить потребности в перспективном проектировании. Многие из участвовавших в ней не были инженерами-конструкторами. Кроме того, для перспективного проектирования неудобны и малоэффективны 10-недельные подключения-отключения профессорско-преподавательского состава. Нужна круглогодичная деятельность и подключение к работе студентов. По инициативе Сэдина НАСА обратилось к УАКИ и в октябре 1984 г. состоялась совместная конференция представителей УАКИ, полевых НИЦ НАСА и 9-ти технических университетских факультетов, интересующихся проблемами космического конструирования. Конференция имела целью включить в учебные программы университетов интересующие НАСА темы по перспективному проектированию, По замыслу Сэдина на этом пути можно было организовать более тесное взаимодействие в работе между НАСА и университетами. У НАСА было что дать университетам, а от них получать пригодные для практической реализации реальные идеи по космическим полетам и технологии, базирующиеся нГа проведенных И и новых университетских курсах. Университеты остро нуждались в поддержке извне и на конференции были выработаны действующие по сию пору основы организации, поддержки и взаимосвязей между университетами и НАСА, а также установлены разумные рамки университетских И дальней перспективы, обеспечивающие системный подход, который исключает разрыв между теоретическими И космических полетов и непредсказуемыми перспективами совершенствования технологий, а также дублирование ближне срочных И, выполняемых промышленностью и НАСА. В январе 1985 г. студенты технических специальностей 9-ти университетов, прикрепленных к 5-ти НИЦ НАСА, приступили к разработке предварительно отобранных и согласованных конструкторских проектов экспериментального этапа программы. В июле состоялась первая летняя конференция с демонстрацией и обсуждением предварительных результатов, 108
на которой были внесены изменения и одобрены дальнейшие направления работы. В сентябре к программе подсоединились еще 10 университетов Ли остальные три НИЦ НАСА. Летняя конференция 1986 г. имела впечатляющий успех, показав серьезное улучшение качества, глубины и зрелости работ всех уровней. В сентябре 1986 г. УАКИ разослала университетам официальное уведомление о переходе от экспериментального к официально утвержденному этапу. С этого времени работы получали статус и наименование Программы перспективных космических проектов, для завершения которой отобранным университетам-участникам были предоставлены 3-годичные гранты. Каждому университету на работу по предложенной им проблеме (проекту) выделяется сумма в 30000 долл., из которой часть - целевым назначением на оплату дипломированного ассистента преподавателя. Ассистент преподавателя в дальнейшем для студентов, работающих над проблемой, является связующим звеном с НИЦ, выполняя роль посредника. Он дает студентам направление и инструктирует в вопросах связи с НИЦ через компьютеры для получения материалов, которые требуются в ходе работ над проектом. Летом, до начала учебного года, ассистент преподавателя командируется в НИЦ, с которым связан университет, и там в течение 10 недель работает с наставником центра над определением конкретных целей университетского проекта на предстоящий год. Университетские проекты могут варьироваться ъх весьма широком диапазоне с единственным ограничением, чтобы они базировались на современных технологиях и относились к области интересов НАСА на перспективу осуществления программы * после ОКС*, При этом Программа перспективных проектов не ограничивает университеты лишь областью авиакосмических технических программ. Некоторые университеты включаются в авиакосмические технические программы сразу, другие распространяют свою деятельность на эту область в результате других работ по Программе перспективных проектов, третьи работают в рамках существующих технических программ этой области, пока не выйдут за ее пределы, четвертые предлагают по всем техническим дисциплинам курсы перспективного проектирования, разделяя студен- 14-3
тов на небольшие группы, которые концентрируются на отдельных компонентах конструкторского проекта. Так например, студенты Университета штата Флорида, связанные с НИЦ Кеннеди, работают над проблемами выращивания высших растений для обеспечения продовольствием в длительных космических полетах. Чтобы исследовать все аспекты такого предприятия, сформированы классы (группы) перспективного проектирования, включающие студентов, специализирующихся в областях строительной механики, электротехники, авиакосмической техники, биомедицинской техники, вычислительных наук и почвоведения. Одна из групп разрабатывает экспертные системы для диагностики болезней соевых бобов, другая работает над методами автоматизации снабжения растений питательными веществами и над поддержанием необходимых химических композиций, а еще одна - над методами автоматического посева и уборки пшеницы в условиях микрогравитации. Проф. Гейл Невилл, ведущий этот курс, полагает, что выполнение разнообразных проектов дает студентам опыт руководства небольшими групповыми проектами и координации групповой деятельности. Каждую зиму профессорско-преподавательский состав, ао» систенты и отобранные студенты из университетов, участвук>- щих в Программе перспективных проектов, встречаются с официальными представителями НАСА и БАКТ, чтобы обсудить достигнутое, высказать критические замечания или обсудить свои проблемы. Каждое лето на факультетах устраиваются смотры результатов студенческих работ. В течение года студенты имеют возможность посещать соответствующий НИЦ, а сотрудники НИЦ посещать свой университет, что обеспечивает постоянный обмен идеями и информацией. В целом Программа перспективных проектов за сравнительно непродолжительный срок ее проведения дала, по оценкам НАСА, немалый выход. Особенно полезна она для студентов и выпускников университетов, которые охотно участвуют в ней. НИЦ НАСА получают выгоду в виде новых подходов к перспективным конструкциям, университеты совершенствуют свои технические программы, а студенты получают возможность работать над реальными конструкторскими проблемами, которые могут оказать воздействие на направленность космической программы в будущем. Один из наставников центра - Джон Олред, работающий в службе перспективных программ. НИЦ Джонсона, отмечает, что выявление проб- 110
, которыми НАСА должно будет заняться после эры ОКС, - это сотни возможных направлений деятельности. Очень непросто все их идентифицировать и обследовать. Программа перспективных проектов обеспечивает службу независимо мыслящими людьми, которые, будучи несвязанными ни с традиционными ограничениями НАСА, ни с его историей, не опасаются выдвигать новые идеи. Директор программы в УАКИ Джон Сильвер и его заместитель Карол Хорер полагают, что наиболее осязаемые выгоды здесь приносит энтузиазм студентов. Программа дает возможность УАКИ подключаться к университетским программам, которые содержат проблемы, имеющие непосредственное отношение к космическим И. Президент УАКИ Пауль Колеман высказывает твердое убеждение, что деятели образования пока не в полной мере используют весьма реальные устремления молодежи работать на переднем крае науки и техники. Впечатляющий успех Программы перспективных проектов показывает, что соединение образовательного процесса с решением критических проблем реальной действительности позволит превратить существующий интерес в реальный капитал. Университеты, заинтересованные в продолжении программы после завершения обеспечиваемого грантами 3-годичного периода, внесли предложение о своем постоянном членстве, соглашаясь на существенное сокращение субсидий и восполнение затрат за счет собственных средств. НАСА согласилось серьезно рассмотреть предложение, полагая неразумным отступать после того, как выявилось, что этот ценный ресурс начал приносить реальную отдачу. В 1988 г. намечалось провести в НИЦ Кеннеди (шт. Флорида) с 13 по 18 июля летнюю конференцию по Программе перспективных проектов. На зимней конференции в декабре 1986 г. выявился интерес к учреждению аналогичной программы по аэронавтике и НАСА согласилось финансировать экспериментальный проект в этой области. Бьи1и отобраны б университетов, которые прикрепили к связанным с аэронавтикой трем полевым НИЦ НАСА - Льюиса, Эймскому и Ленгли. Так сформировалась Перспективная программа проектирования по аэронавтике, управление которой приняла также УАКИ. Со стороны НАСА руководство направлением аэронавтики принял Ларри Спенсер. За год с небольшим работы в этой программе бы- 111
ли достигнуты не менее существенные результаты, чем в космических проектах. По оценке заведующей сектором университетских программ Отдела образования штабквартиры НАСА в Вашингтоне Элайн Шварц, университеты, их преподаватели и студенты работают не столько ради денег (грант в 30000 долл. никого не обогатил), сколько ради выгод учебно-академического и практического плана: у ряда университетов в результате участия в программе появилось дополнительное лабораторное оборудование, некоторые получили дополнительные средства от учебных заведений и промышленности и т.п. Олред и другие усматривают прямую связь между Программой перспективных проектов и программой "Пасфайндер" ("Следопыт*) - недавно одобренной Белым домом всеобъемлющей и далеко идущей инициативе БАКТ,по разработке технологий, требуемых для будущих полетов в интересах И космического пространства. Инициатор той и другой программ - Стэн, который, как полагают, не случайно привлечен к участию в осуществлении программы "Пасфайндер". В тематике этой программы много общего с Программой перспективных проектов и НАСА ожидает от профессоров предложений и идей, относящихся к новой программе. Б.А. Булатников "Space World", 1988, № Y-4-292, 17-19, 21t31# МАТЕРИАЛЫ 39. Материалы для будущей авиационно-космической техники В будущих ЛА предполагается широкое применение не только металлов, но и новых материалов, таких как композиты различных классов, интерметаллиды, комбинированные материалы и т.п. Современные НИОКР по металлам для ЛА, в т.ч. для национального воздушно-космического самолета (НВКС) США и военно-морской авиации, направлены на получение высокопрочны* легких конструкционных материалов с низкой чувствительностью к повреждениям. Одним из основных направлений работ авиационного научно-исследовательского центра ВМС США NADC является получение литых 112
образцов алюминийлитиевых сплавов (АЛС). Эти сплавы имеют плотность на 7-12% нижен^а жесткость на 15-20% выше, чем применяемые высокопрочные алюминиевые сплавы. Планируется заменить сплав 7075-Т6 сплавом 2090, По состоянию на май 1989 г, этот АЛС был исследован на образцах в виде экструдированных прутков, листов толщиной 1,6 мм и пластин толщиной 12,7 и 38 мм. Показано, что механические характеристики образцов из АЛС не хуже, чем образцов из 7075-Т6, за исключением пластичности и ударной вязкости по нормали к продольной оси. Сплав 2090 предполагается использовать на самолетах F -18 пока для крышек смотровых люков планера. Выявлена высокая коррозионная стойкость деталей из АЛС. Проводятся исследования по сверхпластичному формованию деталей из АЛС. Считается возможным разработать АЛС для замены сплава средней прочности 7075-Т73. В NADC ведется разработка алюминиевых сплавов для работы при повышенных температурах, которые могли бы заменить применяемые в настоящее время титановые сплавы. По состоянию на май 1989 г. NADC запатентован ряд сплавов с 4- 12% титана. Эти сплавы конкурентоспособны со сплавами CU-78 фирмы Alcoa и FVS -0812 фирмы Allied Signal. Дальнейшие работы в этой области направлены на получение сплавов, которые были бы работоспособны при температурах до 370°С, причем сохраняли бы прочность, ударную вязкость и коррозионную стойкость после длительной выдержки при максимальной рабочей температуре. Применительно к НВКС основными потенциально пригодными материалами считаются алюминид титана быстрого затвердевания, композиты с матрицами из алюминид а титана, углеродоуглеродные композиты и композиты с керамическими матрицами. Алюминиды титана (AT) имеют плотность на уровне титана, но работоспособны при более высоких температурах. Для применения в несущих конструкциях считается возможным использовать сплавы на основе Ti3 A1 (а~2) и TiAl (y)t которые работоспособны при 815°С и 980°С, соотв. Однако технологичность сплавов на основе AT хуже, чем чист'СГ металлических сплавов из-за ограниченной пластичности и низкой ударной вязкости. Для получения сплавов с необходимой микроструктурой применяется "способ быстрого затвердевания. Фирмой Pratt and Whitney разработан способ получения быстрозатвердевших порошков 113
таких сплавов с использованием дискового распылителя. рошки затем обрабатываются по технологии порошковой металлургии для получения листовых материалов или других заготовок. Производительность действующей установки получения порошков составляет сотни кг в день. В НВКС предполагается осуществлять охлаждение внешней поверхности планера жидким водородом. Установлено, что AT менее подвержены охрупчиванию в условиях контакта с водородом, чем другие материалы. Правда, покрытие для защиты от контакта с водородом все же разрабатывается. Композиты с матрицей из AT имеют улучшенные механические характеристики по сравнению с монолитным AT. Считается возможным использовать такие композиты в виде тонких листов для обшивки планера НВКС. Армирующие волокна могут быть из карбида кремния, напр. SCS-6 фирмы Textron. Изготовление деталей из таких композитов может выполняться по способу послойного наложения волокон на листы AT с последующим горячим прессованием, либо по способу плазменного напыления AT на волокно в режиме быстрого затвердевания, формования из такого волокна заготовок и горячего прессования. Последний способ, разработанный General Elect-* ric Laboratories, был успешно использован для получения композита с матрицей на основе Таз А1. По разработанному фирмой Martin Marietta XD способу получаются материалы на основе титана, содержащие мелкодисперсную равномерно распределенную вторую фазу, напр. диборид титана, в матрице AT. Способ позволяет получать дисперсную фазу в виде как сферических, так и игольчатых частиц. Материал может быть получен в виде слитков с мао- сой до 115 кг. Фирмы-изготовители ВРД разрабатывают специальные жаропрочные сплавы на никелевой основе для лопаток турбин, лопастей вентиляторов и т.п., которые подвергаются воздействиям высоких температур и механических нагрузок. Были разработаны также технологии направленной кристаллизации для уменьшения числа границ зерен по нормали к оси основной нагрузки и повышения за счет этого стойкости к ползучести. Широко используются монокристаллические жаропрочные сплавы. Однако даже наилучшие монокристаллические жаропрочные сплавы необходимо защищать от окислительной среды в проточном тракте ТРД. В ближайшей перспективе жаропрочные сплавы на никелевой основе будут использоваться 114
при циклических и стационарных нагрузках при температурах до 1150°С. В качестве покрытий для них будут использоваться алюминиды, наносимые плазменным напылением или осаждением из паровой фазы. Разрабатываемый сплав на основе ниобия при наличии покрытия будет работоспособен при температурах до 1540 С в окислительной среде. Бериллий из-за низкой плотности, высокого модуля упругости, хорошей теплопроводности находит применение в узлах ЛА, требующих, высокой жесткости. Он работоспособен при температурах < 540°С. 4Сплавы на основе бериллия, полученные способами быстрого затвердевания, « допускают более высокие рабочие температуры. Композиты с медными матрицами и графитовыми армирующими волокнами представляют интерес для применения в теплообменниках НВКС. Фирмой American Cyanamid разработан процесс получения деталей конструкций из таких композитов с содержанием волокон до 50 об.%. Современным направлением в разработке композитов с полимерными матрицами считается получение материалов с повышенными допусками на чувствительность к дефектам, т.е. к концентрации напряжений. В них предполагается использовать высокопрочные среднемодульные графитовые волокна. В качестве материалов для матриц рассматриваются как термореактивные, так и термопластичные полимеры. Термопластичные полимеры позволяют проводить повторное формование деталей, выполнять ремонт деталей и получать композиты с требуемой ударной вязкостью и низкой чувствительностью к дефектам. Проводятся исследования по применению как аморфных, так и полукристаллических термопластов. Из композита с полиэфирэфиркетоновой матрицей и армирующим графитовым волокном была изготовлена часть обшивки крыла самолета F-18. Летные испытания были удовлетворительными. Новые способы получения таких композитов основаны на препрегах в виде лент из смеси графитовых и термопластичных волокон, импрегнированных порошком термопластичной смолы. Композиты с матрицами на основе термореактивных полимеров отличаются стабильностью размеров, низкой ползучестью при повышенных температурах и технологичностью при изготовлении деталей из препрегов. Первым широким применением графитоэпоксидного композита в конструкции планера было использование его для обшивки крыльев F-18A. В этом 115
композите используются высокомодульные волокна в эпоксидной матрице, которая полимеризуется при 175°С и работоспособна при температурах до 120 С. Композиты с бисма- леимидными матрицами находят применение в элементах конструкции самолетов с повышенными температурами, напр, в мотогондолах. Наиболее приемлемым считается композит с плетеным графитовым армированием и бисмалеимидной матрицей фирмы Нexcel (шт. Калифорния). Для армирования используются графитовые волокна Т-300 фирмы Amoco Performance Products (шт. Коннектикут). Вместе с тем бисмалеи- мидные полимеры более склонны, чем эпоксидные смолы» к микротрешинообразованию после получения композита. Ведутся работы по устранению этого недостатка. Композиты с по- лиимидными матрицами работоспособны при еше более высоких температурах (до 290°С). Направления совершенствования армирующих волокон для композитов с полимерными матрицами включают повышение жесткости графитовых волокон, изготовление волокон некругового поперечного сечения для улучшения контакта с матрицей и повышение прочности на сжатие и срез* Считается возможным использовать армирующие волокна из полиэтилена с ортотропными свойствами и малой плотностью. Ведутся работы над структурированными полимерами, обладающими высокими прочностью, жесткостью и стойкостью к атмосферным воздействиям, как возможными материалами для армирующих волокон. Не исключается возможность применения жидкокристаллических полимеров в качестве армирующих материалов для пластичных матриц. Углеродоуглеродные композиты работоспособны до температуры 1370°С. Правда, они требуют зашиты от окисления, напр. с помощью покрытий из карбида кремния. Из-за различий в коэффициентах теплового расширения покрытия и композита происходит растрескивание покрытия. Решение проблемы усматривается в нанесении промежуточного слоя, который окисляется с образованием стеклофазы, заполняющей трещины в наружном покрытии. Поскольку стеклофаэа обладает текучестью при температурах выше 540-815оС, то применение таких двойных покрытий ограничено высокими температурами. Композиты с керамическими матрицами имеют низкую плотность, обладают повышенной стойкостью к окислению и работоспособны при температурах выше 1370°С. Однако по состоянию на 1989 г. отсутствуют завершенные разработки 116
армирующих волокон для работы при высоких температурах. Для применения в НВКС представляют интерес два класса таких композитов; со стеклокерам ическими матрицами, работоспособными до 815°С, и с перспективными керамическими матрицами для более высоких температур. В научно- исследовательском центре фирмы United Technologies (шт. Коннектикут) разработана серия композитов Compglasco стеклянными матрицами и керамическими армирующими волокнами. Перспективные керамические матрицы из карбида кремния в сочетании с армирующими волокнами из карбида кремния представляют интерес из-за высокой стойкости к водородному охрупчиванию. Они могут быть использованы в узлах, где возникает контакт с горячим водородом* Однако в таких композитах пока еще не исключается вероятность растрескивания матрицы в процессе эксплуатации. Поэтому требуется разработка средств, позволяющих обнаруживать такие трещины. В перспективе не исключается возможность применения монолитной керамики в двигательных установках ЛА вследствие ее относительно малой плотности, высокой прочности, термостойкости и химической инертности* Однако широкое применение ее сдерживается из-за низкой пластичности, ^низкой ударной вязкости и недостаточной стойкости к тепловым ударам. Поиски комбинированных материалов - "хаймэтов", считаются новым направлением в материаловедении. К таким материалам относятся сочетания органических и металлических, металлических и керамических, керамических и органических веществ* Они могут представлять собой многослойные композиции, упорядоченные распределения дисперсной фазы* в матрице другого вещества и т.п. Так в электропроводных 'полиметах' тонкодисперсная металлическая фаза равномерно распределена в полимерной матрице. Электропроводность "подиметов" может быть на порядок величины выше, чем обычных полимеров. Правда, термопластичные аолиь» меры, армированные короткими металлизированными или металлическими' волокнами, относят к композитам и используют для создания интерференционного электромагнитного экранирования. Новые области применения возникают для пластиков с добавками электропроводных полимеров и нелинейно-оптических полимеров. Электропроводные полимеры, напр, полипир- 15-1 117
ролы или полиацетилены, получаются за счет создания избытка или дефицита электронов полимерной цепи. Электропроводность таких полимеров в основном на 2-4 порядка величины меньше, чем металлов, но на несколько порядков величины выше, чем обычных пластиков. Применение таких полимеров взамен металлов может дать выигрыш по массе устройства или системы. Нелинейно-оптические полимеры, напр, полидиацетилены, могут быть использованы в электрон- нооптических преобразователях сигналов с хорошими механическими характеристиками, В#А, Карелин "Advanced Materials and Processes" f 1989, jL35. № 5, 29-30, 33-34, 37, 39-40, 43, 46, 49-50 "Aerospace America", 1989, 27, N* 7, 18-23
СОДЕРЖАНИЕ ПРОГРАММЫ И ПРОЕКТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ 1. Перспективы космических исследований в ведущих странах мира ♦ з 2. Перспективы пилотируемых космических полетов в США 8 3. Перспективы космических научных исследований с помощью малых КА • • ♦ ц 4. Усилия Советского Союза по расширению экспорта ракетно-космической техники .......... ^з 5. Предложения фирмы Shimizu по перспективным космическим проектам • . • . ^5 ВОЕННОЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ КОСМОСА 6# Использование малых КА в военных и научных целях •••♦.... ♦ .♦•.••..., iq 7. Подготовка к экспериментам по программе СОИ... 22 в. Подготовка к лётным испытаниям противоракеты ERIS 22 9. Спутниковые средства военной связи и разведки во Франции • 23 10. Запуск РН 'Пегас* ИСЗ 'Пегсат* 24 11. Разработка РН 'Старт* на базе советских боевых ракет SS -20 . ♦ • 26 ПРИКЛАДНОЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ КОСМОСА 12. Программы дистанционного зондирования в США 27 13. Разработки ИСЗ для связи и дистанционного зондирования 30 14» Перспективы разработки западноевропейской полярной платформы PPF для дистанционного зондирования Земли , . . . 33 15, Изучение возможности применения ИСЗ 'Олимп* в США ♦ • • . 34 16, Эксперименты компания British telecom с ИСЗ 'Олимп* 37 17, Использование ИСЗ 'Олимп" для экспериментов по организации служб связи в Италии 40 18, Опыт работы с сетями VSAT в Северной Америке 43 15-2 119
19. Развитие спутниковой системы связи "Инмарсат* 46 20. НИОКР агентства ЕКА по экспериментальным связным ИСЗ TM/SAT -2 и DRS ♦ . ♦ 48 21. Спутниковая система связи "Испаниясат" . . . . 50 22. Участие английской фирмы Marconi в разработке космической техники прикладного назначения . . 52 КОСМИЧЕСКИЕ АППАРАТЫ И РАКЕТЫ-НОСИТЕЛИ 23. Транспортные космические системы США на базе МВКА 56 24. Предварительные исследования по проблемам! японского МВКА . . . 61 25. Предварительные исследования по проблемам японского воздушно-космического самопета . ♦ . 65 26. Запуск КА "Галилей" и полет STS -34 МВКА "Спейс Шаттл" 70 27.^ Перспективы разработки микролланетоходов . . • 74 28. Проект аэростата для изучения Марса в соответствии с программой СССР "Марс-1994" .... 81 29. "Бустерный РДТТ ракеты-носителя "Ариан-5" .. 82 30. Разработка космических солнечных энергетических установок . . 86 31. Затраты на вывод в космос энергоустановок для перспективных КК и ОС 89 АВТОМАТИКА И РАДИОЭЛЕКТРОНИКА 32. Обработка изображений, представляемых экипажу КК 91 33. Приборы типа SVS для обеспечения работ с ИСЗ, летящими вблизи МВКА "Спейс Шаттл" 94 34. Разработка блока спутниковой аппаратуры EMS для связи с подвижными пользователями .... 97 НАУЧНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ 35. Программа прогнозирования критических явлений в космосе 98 36. Некоторые результаты исследований Марса . . . 100 3 7. Проект СОВЕ для космических исследований ЮЗ 38. Взаимодействие НАСА с университетами США . . 105 120
МАТЕРИАЛЫ 39. Материалы для будущей авиационно-космической техники . . ♦ Приложение. Ракетно-космическое образование в Европе и США вкл. Технический редактор В.Ф. Овчинникова Корректор Л Л. Сузакова Сдано в набор 29.03.90 Подписано в печать 27.03.90 Формат 60x90 1/16 Печать офсетная Усл. печ.л. 7,75 Усл.кр.-отт. 7,94 Уч.~изд.л. 7,02 Тир. 430 экз. Зак. 56Д Адрес редакции: 125219, Москва, А-219, Балтийская ул.; 14 Тел. 152-54-94 Производственно-издательский комбинат ВИНИТИ 140010, Люберцы 10, Московской обл., Октябрьский проспект, 403
Опечатки к сборнику Зарубежные космические комплексы и системы, № 5 Стр. 71 78 Строка 2 сн. 4 сн. Напечатано полетов Венеры между силиями Следует читать полей Венеры между усилиями Заказ 56Д