Embed Size (px)
Citation preview
50 лет
со
дня первого
полета
человека
в
космос
Некоторые
ранние
работы, проведенные
в
НИИ Академгородка, связанные
с
полетами
в
космос
Проф. Пальчиков
Е.И. НГУ, ИГиЛ
www.phys.nsu.ru
Институт
гидродинамики. Конец
50-х
–
начало 60-х
годов
Проблема
защиты
от
метеоритного
удара
Испытание
иллюминатора
космического
корабля
«Восток», скафандра
космонавта
и
трубопроводов
КА
на
удар
метеорита.
Кадры
скоростной
съемки. Видно
разрушение
в
области
второго фокуса
–
хотя
туда
метеорит
не
попадал.
01
www.phys.nsu.ru
Кумулятивные
струи. М.А. Лаврентьев
показывает
на
лекции
в
ЛФМШ
устройство
кумулятивного
заряда
Газовая
кумулятивная
струя
использовалась
для
разгона
искусственного
метеорита02
www.phys.nsu.ru
Действие
кумулятивного
снаряда
ДефEV
2
2
Применимы уравнения
и модели гидродинамики
Металл
течет
как
жидкость
Первым
теоретическую
модель
действия кумулятивного
заряда
создал
М.А. Лаврентьев 03
www.phys.nsu.ru
Атомная
бомба
–
кумулятивное
устройство
Необходимо
как
можно
быстрее собрать
сферическую
металлическую
оболочку
в сплошной
шар.
При
этом
оболочка
ведет
себя как
жидкость
Музей
ядерного
оружия
в Федеральном
ядерном
центре
(г. Саров).
Первый
Советский Артиллерийский
атомный
снаряд
04
www.phys.nsu.ru
Шарик
втягивается
в
газовую
струю
Это
явление
было
использовано
учеником
М.А. Лаврентьева В.М. Титовым
(ныне
академиком
РАН) для
разгона
стальных
шариков
газовой
кумулятивной
струей.Скорость
газовой
кумулятивной
струи
может
достигать
60 км/с.
Шарик
можно
разогнать
до
скоростей
7-12 км/с
ConstghPV
2
2
Согласно
уравнению
Бернулли
в
средине
струи
скорость
V больше, а давление P
меньше
05
www.phys.nsu.ru
Иллюминатор
космического
корабля «Восток»
после
воздействия
метеорита
06
www.phys.nsu.ru
Моделирование
ударов
метеорита
Удар
метеорита
по
окну
и
следующему
за
ним
экрану
из
алюминия.Вид
спереди
07
www.phys.nsu.ru
Моделирование
ударов
метеорита
Удар
метеорита
по
окну
и
следующему
за
ним
экрану
из
алюминия.Вид
сзади
08
www.phys.nsu.ru
Один
из
26 двигателей
ориентации космического
аппарата
типа
«Восток»
и
«Космос»
(масса
КА
3-5 тонн)
Трубопроводы, подводящие
топливо
и
окислитель
–
критические
элементы
КА, чувствительные
к
метеоритному
ударуТакже
чувствительными
являются
солнечные
батареи, пробой
которых
приводит
к
выходу
из
строя
КА 09
Штуцера
подводки
топлива
и
окислителя.
На
поверхности
космического
аппарата
–
52 трубочки
www.phys.nsu.ru
Электромагнитные
рельсотронные
пушки
и
блоки
питания
для
них
– взрывные
магнитно-кумулятивные
генераторы. ИГиЛ
СО
РАН.
Токи
–
10-100 миллионов
ампер. Энергия
электрического импульса
–
до
10 МДж. Скорости
–
до
7 км/с
10
www.phys.nsu.ru
Профили
композитных
стволов
разных
калибров
и кратер
в
дюралюминии
от
попадания
пластмассовой
пульки
из
ствола
малого
калибра
(ствол
справа
внизу)
11
www.phys.nsu.ru
Сварка взрывом
•
Сопловые
насадки
двигателей
КК
из биметаллических
материалов
Титан-
ниобий
и
др.
12
www.phys.nsu.ru
Головная
часть
ракеты-носителя
Р-7
Музей
ядерного
оружия
в
Федеральном
ядерном
центре. Первая
Советский
атомная
межконтинентальная
боеголовка
–
головная
часть
ракеты
Р-7
Спускаемая
капсула
КК
«Восток»
Ракета-носитель
Р-7 –
основа
КК
«Восток» 13
www.phys.nsu.ru
Различные
пути
в
космос
СоюзСатурн-5 (Лунная
программа)
Спэйс-Шаттл Буран Ариан-5
1 –
многоступенчатая
ракета
2 –
ракета
с
воздушно- космическим
самолетом
Протон
14
www.phys.nsu.ru
3-ий
путь
–
воздушный
старт. Многоцелевая
аэрокосмическая
система
(МАКС)
Воздушный
старт
с
самолета-носителя
АН-225 «Мрия»
на
высоте
8,5 км 15
www.phys.nsu.ru
Преимущества
МАКСМАКС
обладает
принципиальными
преимуществами
перед
используемыми
и
проектируемыми
системами:
•
кардинальное
снижение
удельной
стоимости
выведения
полезных
грузов
на
орбиту
(до
~ $800-1000 за
кг.)
по
сравнению
с
одноразовыми
ракетами-носителями($12,000–
15,000 за
кг)
и
многоразовыми
средствами
выведения
первого
поколения
("Буран", СССР
и
"Space
Shuttle", США);•
использование
подвижного
воздушного
старта
орбитальной
ступени
с
самолета-
носителя, исключение
необходимости
использования
космодромов;•
многоразовость
применения:-
самолет-носитель
до
1000 раз
-
орбитальный
самолет
до
100 раз
-
маршевый
ЖРД
до
15 раз•
возможность
выведения
на
орбиты
с
необходимым
фазированием
и
параллаксом
относительно
аэродрома
вылета;•
минимальное
акустическое
воздействие
на
поверхность
Земли
при
старте
второй
ступени;
•
возможность
широкого
маневрирования
в
продольной
и
боковой
плоскостях
(до
2000 км) при
возврате
с
орбиты;•
малые
сроки
подготовки
к
повторному
вылету; высокая
оперативность
применения, особенно
для
спасательных
операций:-
выход
на
заданные
наземные
(морские) районы
за
2-3 часа;-
выход
к
космическим
объектам
за
2-6 часов;-
срочная
доставка
информации
на
Землю.•
возможность
возврата
полезных
грузов
(до
4,6 т)
и
их
многоразового
использования;
•
возможность
возврата
МАКС
при
отмене
пуска;•
повешение
надежности
и
безопасности
выполнения
космических
операций;•
экологическая
чистота
(сокращение
полей
падения
ступеней
с
отсутствием
постоянных
зон
отчуждения
и
применение
нетоксичных
компонентов
топлива);•
реализация
проекта
не
требует
введение
в
действие
дополнительных
производственных
мощностей
при
многолетней
гарантированной
загрузке
более
400 тыс. рабочих
мест
в
России
и
Украине. 16
www.phys.nsu.ru
Модификации
ТТО
-1 для
снабжения
и обслуживания
орбитальных
станций
или
спасательных
операций
ТТО
-2 для
снабжения
и обслуживания
беспилотных
(автоматических) орбитальных платформ 17
www.phys.nsu.ru
Элементы 2-й ступени
РД-701 – трехкомпонентный
двигатель
(водород кислород
-
керосин)
Внешний
топливный
бак
2 ступени
для
криогенных
компонентов
топлива18
www.phys.nsu.ru
Внешний
топливный
бак–
вид
сзади
19
www.phys.nsu.ru
Вторая
ступень
–
орбитальный
самолет. Вид
сбоку
20
www.phys.nsu.ru
Орбитальный
самолет. Вид
сзади
21
www.phys.nsu.ru
Общий
вид
второй
ступени
МАКС. Базовый
вариант
ОС.
22
www.phys.nsu.ru
Сравнительные
технические
характеристики
МАКС
Параметр ОС-П ОС-Б МАКС-Т МАКС-М
Взлетная
масса
МАКС
на
ВПП, т 620 620 620 620
Стартовая
масса
второй
ступени, т 275 275 275 275
Масса
орбитального
самолета, т: 26,9 26,9
Масса
полезного
груза
(Н=200 км), т:
орбита
i=51° 8,3 9,5 18 5,5
орбита
i=28° 19
орбита
i=0° 19,5 7,0
Масса
полезного
груза
(i=51°
), т:
орбита
Н=400 км 6,9 8,0 17,3
орбита
Н=800 км 4,3 5,4 16,1
геостационарная
орбита
(Н=36000 км, i=0°
) до
5,0
Экипаж, человек 2
Диапазон
высот
рабочих
орбит, км 140...1500 140...1500 140...36000
Длина
отсека
полезного
груза, м 6,8 8,7 13 7
Диаметр
отсека
полезного
груза, м 2,6 2,7 5 4,6
Диапазон
возможных
наклонений
орбит, град:
широта
точки
старта
46° 28-97 28-97 28-97
широта
точки
старта
18° 0-97 0-97 0-97
Боковая
дальность
при
спуске
с
орбиты, км до
2000 до
2000 до
1200
Посадочная
скорость
ОС, км/час < 330 < 330 < 330
Продолжительность
полета, сут. 5 3023
www.phys.nsu.ru
Существует
четвертый
путь
–
воздушно-космический корабль
с
прямоточным
детонационным
двигателем.
Был
предложен
и
исследован
в
СССР
в
начале
60-х
годов
Особенности
параметров
ВКК•
Взлет
с
ВПП, выход
в
космос
и
посадка
на
ВПП
–
без
дополнительных
ступеней•
Боковой
маневр
при
посадке
– 7-8 тыс. км
То
есть
–
посадка
на
любой
аэродром
СССР
на
любом
витке•
Взлетный
вес
120-200 т
•
Топливо
–
водород•
Окислитель
–
воздух, кислород. Кислород
–
только
для
полета
в
вакууме. Не
нужно
брать
с
собой
много
кислорода, который
в
16 раз
тяжелее
водорода.24
www.phys.nsu.ru
Компоновка
ГПВРД
на
ВКС
при
просчете
центровки. Видно, что
одна
из
стенок
двигателя
–
корпус
самолета
25
www.phys.nsu.ru
Воздушно-космический
самолет
–
положение
скачка уплотнения
(ударной
волны) при
разных
скоростях.
Геометрия
корпуса
задается
формами
ударной
волны и погранслоя
26
www.phys.nsu.ru
Прямоточный
двигатель
с
горением
топлива
в
режиме детонации. Четыре
скоростных
режима
27
www.phys.nsu.ru
28
Система
ВКК
была проработана
до
чертежей
и комплектующих. Были
проведены
поблочные испытания
www.phys.nsu.ru
Институт
Гидродинамики
им. М.А. Лаврентьева с
1965 г
разработал
ряд
конструкций
ГПВРД
Детонационный
двигатель:•
импульсный;
•
с
вращающейся
ДВ;•
прямоточный 29
www.phys.nsu.ru
ВКК
–
общий
вид
–
схема
–
1966 г.
30
www.phys.nsu.ru
ИГиЛ
СО
РАН. Высокоэнтальпийная гиперзвуковая
аэродинамическая
труба
А-1
•
Моделирование
коридора
входа баллистических
объектов
в
атмосферу
по
скоростям
и
числам Рейнольдса
–
от
орбиты
до
поверхности
Земли. Заказчик
– ЦАГИ
•
Рабочая
среда
–
воздух
(а не водород)
•
Давление
в
форкамере
15 тысяч атм.
•
Температура
в
форкамере
3000
С•
Сопло
–
медь, объемно
обогащенная
кислородом
методом взрыва
•
Уплотнение
цилиндров компрессора
–
индий. Диаметр
поршня
–
больше
диаметра цилиндра
31
www.phys.nsu.ru
ИГиЛ
СО
РАН. 1969 –
1975. Высокоэнтальпийная гиперзвуковая
аэродинамическая
труба
А-1. Заказ
ЦАГИ
–
1/10 от
полного
размера.
32
www.phys.nsu.ru
ГИПЕРЗВУКОВАЯ
АЭРОДИНАМИЧЕСКАЯ ТРУБА
АТ-303
33
www.phys.nsu.ru
Области
чисел
Рейнольдса
(Re
=
vLρ/η)
и
скоростей для
ВКС
и
для
челночного
корабля
типа
«Буран».
Области
моделирования
аэродинамических
труб
34
www.phys.nsu.ru
Моделирование
полета
воздушно-космических
самолетов ГИПЕРЗВУКОВАЯ
АЭРОДИНАМИЧЕСКАЯ
ТРУБА
АТ-303
Испытания
полета
воздушно
-
космических
самолетов
и
ракет. Земля
–
космос
–
Земля
-
на
всех
этапах.
( ИГиЛ
СО
РАН, ИТПМ
СО
РАН, КТИ
ГИТ
СО
РАН) 35
www.phys.nsu.ru
НГУ.
НИЧ
ОАИ
(отдел
атмосферных
исследований) Воздействие
на
КА
факторов
солнечной
активности
и
электризацииРазработка
АКВС
-
аппаратуры
контроля
внешней
среды
космического
аппарата
36
www.phys.nsu.ru
Прохождение
спутника
через
радиационные
пояса
1 –
геомагнитное
поле,
2 –
траектория
частицы,
3 –
нижняя
граница радиационного
пояса
7 –
траектория
спутника
•
Навигационные спутники
«Навстар»
и
ГЛОНАСС
летают в
радиационных
поясах
•
Геостационарные спутники
при
вспышках на солнце проходят
через
ударную
волу
и сверхзвуковой
поток
плазмы
2 раза в
сутки 37
www.phys.nsu.ru
АКВС
-
аппаратура
контроля
внешней
среды Является
штатной
(обязательной) для
всех
спутников
на
верхних
орбитах
. Изготавливается
в
НГУ
(Новосибирск)
Непрерывный
контрольНапряженности
электрического
поля, Пробоев
по
поверхности
и
по
объемуДавления
в
вакууме
возле
КА
Непрерывный
контрольЗаряда
(напряжения
КА
относительно
окружающей
плазмы)Потоков
частиц
Накопленной
дозы
излучения 38
www.phys.nsu.ru
АКВС
с
дополнительным
датчиком
микрометеоритов
39
www.phys.nsu.ru
Пример
спутника
с
обязательной
системой
АКВС
40
www.phys.nsu.ru
ИАиЭ. Конец
60-х
–
начало
70-х. Системы ввода/вывода/оцифровки
изображений
астродиапозитивов
и
космической
съемкиПроблемы:
•
Обработка
космических
снимков•
Оперативный
прогноз
пролета
спутников
по
наземным
снимкам
неба
•
Photomation
и
аналогичные
зарубежные
приборы
–
полное
эмбарго на
поставку
в
СССР
«Ромб» - сканер
и
фотопостроитель
в
цилиндрических
координатах. Точность
позиционирования
–
10 мкм. Выпускался
серийно
и
полностью
удовлетворил
потребности
ИКИ
и
ИППИ.
Система
«Зенит» –
в
декартовых
координатах. ΔL/L~10-11, ΔL~1000Å 41
www.phys.nsu.ru
ИАиЭ. Тренажеры
для
космонавтов. Буран, МИР
Разработка
и
создание
компьютерных
тренажеров
для
стыковки, маневрирования, посадки. Проект
«Аксай», проект
«Альбатрос»
и др. Снимок
1986 г.Ученые
Института
автоматики
и
электрометрии
Сибирского
отделения
РАН
работают
с
Центром
подготовки
космонавтов
более
40 лет. В
настоящее
время
–
разработка
компьютерных
тренажеров, а
также
различных
моделей
визуализации.42
www.phys.nsu.ru
КБ
СП
НФ
ИТМиВТ
Программное
обеспечение
и системы
управления
КБ
СП
(академгородок) –
конструкторское
бюро
системного программирования. (Детский
пр. 9)
Машины
5Э92, 5Э51Управление
ракетами
ПРО
и
стратегическими, локаторами
Дунай-2,
Дуга, Дарьял, Дон, Волга
НФ
ИТМиВТОперационные
системы
реального
времени
и
программное
обеспечение
для
ЭЛЬБРУС
1, 2, 3 –
управление
комплексом
«Буран»
БЭСМ
- 6 Эльбрус
- 2 43
www.phys.nsu.ru
1 -
РЛС
типа
"Дарьял" 2 -
РЛС
типа
"Днепр" +
сооружаемая
РЛС "Дарьял-У"
3 -
РЛС
типа
"Волга" 4 -
РЛС
типа
"Днепр"
данные
приведены
по состоянию
на
начало
2000 года.
44
www.phys.nsu.ru
ЗРЛС
типа
«Дуга»
45
www.phys.nsu.ru
РЛС
СПРН
«Дарьял»
46
www.phys.nsu.ru
РЛС
системы
ПРО
Москвы
Дон-2Н
47
www.phys.nsu.ru
Новое
поколение
Эльбрус Микросхема
«Эльбрус-S», предназначенная
для
комплектования
вычислительных
средств
в
системах
вооружения
(ЗАО
МЦСТ)Основные
характеристики
микросхемы
«Эльбрус-S»
(1891ВМ5АЯ):•
Рабочая
тактовая
частота, МГц
500•
Разрядность
данных
-
целые
8, 16, 32, 64
-
вещественные
80, 64, 32•
Пиковая
производительность
на
арифметических
вычислениях
-
64 разряда
(вещественная
арифметика), млрд. вещ. оп./с
4
-
32 разряда
(вещественная
арифметика), млрд. вещ. оп./с
8 -
16 разрядов
(целочисленная
арифметика), млрд. оп./с
8 - 8 разрядов
(целочисленная
арифметика), млрд. оп./с
16•
Пиковая
производительность
на
смешанных
вычислениях, млрд. оп.сек
-
64 разряда
10 млрд. оп.сек
-
32 разряда
16,5 млрд. оп.сек
-
16 разрядов
21,5 млрд. оп.сек
- 8 разрядов
39,5 млрд. оп.сек•
Технологический
процесс
КМОП, нм
90•
Количество
транзисторов, млн. шт. 218•
Напряжения
питания, В1,1; 1,8; 2,5•
Потребляемая
мощность, Вт
-
максимальная
20 -
типовая
не
более
13 Тип
корпуса
/ количество
выводов, шт. HFCBGA / 1156•
Размеры
корпуса, мм
35 x 35 x 3,248
www.phys.nsu.ru
Установка
для
молекулярно
лучевой
эпитаксии
49Студенты
НГУ
на
экскурсии
в
ИФП
www.phys.nsu.ru
г. Чик
новосибирской
областиСпускаемый
модуль
космического
корабля
«Восток»
50Россия
–
космическая
держава! На
её
территории
космические
аппараты
встречаются
повсеместно
www.phys.nsu.ru
Вопросы есть?
Спасибо за внимание !www.phys.nsu.ru
Зарубежные
фирмы
продолжают
работы
по
ВКК
HTV-2 20M X43-A 10M
www.phys.nsu.ru
