Прототипы и базовый аппарат

РЕФЕРАТ

на тему: «Системный анализ возможности применения аэростатных зондов типа «Вега» для исследования планеты Венера. (Проблемы – решения)».

 

 

Исполнитель

студент группы 6О-407Б-15                  

 

                                                                                                                             ____________           Донецкая Е.А.

                                                                                           (подпись, дата)

                                                       

Преподаватель

                                                         ____________           В.А. Воронцов

                                                                                      (подпись, дата)

 

 

Москва, 2019

СОДЕРЖАНИЕ

 

Введение 3

Прототипы и базовый аппарат 4

Системы, компоновка 8

Матрица проблемных вопросов 10

Заключение 11

Список литературы 12

Введение

Исследование планет Солнечной системы прямыми контактными методами с помощью спускаемых аппаратов началось около сорока лет назад. Под руководством Г.Н.Бабакина были спроектированы автоматические межпланетные станции первого поколения серии «Марс» и «Венера», в составе которых имелись спускаемые аппараты. С их помощью получены разрезы атмосферы по траектории спуска. Исследовалось распределение по высоте температуры, давления, освещенности, а также химический состав газов и аэрозолей. Включение в состав венерианских и марсианских космических аппаратов следующего поколения аэростатных зондов (АЗ) существенно расширило возможности исследований и улучшило технологию проведения экспериментов.

 Благодаря АЗ стало возможным:

· получение горизонтального «среза» атмосферы в отличие от спускаемых аппаратов, дающих только вертикальный «разрез»;

· продолжительное функционирование и перемещение научной аппаратуры под действием ветра в широком районе исследования;

· осуществление контактных исследований поверхности в различных местах посадки и т.п.

АЗ как средство исследования не противопоставляется спускаемым аппаратам, а расширяет их функции и, более того, в совокупности со спускаемыми аппаратами, орбитальными аппаратами и наземными средствами наблюдения, приема и обработки информации является составной частью системы и техническим средством нового метода исследования.

Одной из ключевых проблем, решение которой определило успешность использования АЗ как средства, обеспечивающего контактный метод исследований, стала проблема формирования схемного решения системы ввода его в действие. Важным достижением российских ученых и инженеров в исследовании планеты Венера стало осуществление проекта «Вега» в 1985 году. Впервые был предложен и использован метод аэростатного зондирования атмосферы Венеры. Был разработан способ ввода аэростатного зонда непосредственно в процессе спуска в атмосфере на парашютной системе.

Наряду с проектированием систем спускаемых аппаратов и зондов, в частности систем торможения в атмосфере, осуществляется разработка схем летных операций и траекторий движения в атмосфере. Касательно упомянутых выше экспедиций к Венере проектирование схем спуска и дрейфа усложнялось полярно различными внешними условиями функционирования, в частности сильно разреженной атмосферой у одной и чрезвычайно плотной у другой планеты.

В процессе разработки этих экспедиций удалось найти и ряд общих принципиальных решений, позволивших сформировать общую методику проектирования и оценки эффективности схем спуска и дрейфа в атмосферах с существенно различными характеристиками. Методика может быть использована при разработке спускаемых аппаратов и зондов, предназначенных для перспективных исследований как Марса и Венеры, так и других небесных тел.

Прототипы и базовый аппарат

Прототипом аэростатных зондов типа «Вега» является американский проект Пионер-Венера-2. На траекторном блоке, в отличие от «Пионер - Венеры-1», нет тормозного двигателя, вместо него было поставлено четыре зонда: один большой (320 кг) и три малых (каждый по 90 кг).

Большой зонд состоял из герметичного контейнера, заключенного между лобовым экраном и хвостовым обтекателем, имеющими теплозащиту. Зонд был снабжен вытяжным парашютом диаметром 0,76 м, выстреливаемым из мортирки, и коническим ленточным парашютом диаметром 5 м. При спуске хвостовой обтекатель сбрасывался на определенной высоте и вводились в действие парашюты, которые должны были извлечь герметичный контейнер из лобового экрана.

Рис. 1. Большой зонд Пионер-Венера-2.

Каждый малый зонд представлял собой конусовидный геометрический контейнер диаметром 0.9 метра и лобовой экран с теплозащитой, но этот экран не отделялся. Парашюта на нем не было. На таком зонде были приборы для измерения давления, температуры, ускорения и исследования частиц облаков. Все спускаемые аппараты передавали данные непосредственно на Землю.

Рис. 2. Малый зонд Пионер-Венера-2.

В 9 декабря 1978 года все зонды вошли в атмосферу в различных точках Венеры и получили собственные имена благодаря местам посадки. Северный зонд — совершил посадку на 60 градусах северной широты, на дневной стороне планеты. Ночной зонд — соответственно на ночной стороне. Дневной зонд — на дневной стороне, вблизи экватора.

По результатам наземных наблюдений Венеры было установлено, что облачный слой вращается вокруг планеты со скоростью 100 м/с. Механизм этого вращения был неизвестен. Для комплексного изучения облачного слоя Венеры с помощью аэростатов в июня 1985 г. советские инженеры создали автоматические межпланетные станции «Вега» и доставили на Венеру спускаемые аппараты с аэростатными зондами.

Общая масса станции, выводимого на межпланетную траекторию ракетоносителем «Протон», в полностью снаряжённом состоянии составляла 4920 кг. Сама станции серии «Вега» состояли из двух частей — пролётного аппарата массой 3170 кг и спускаемого аппарата массой 1750 кг. Полезной нагрузкой спускаемого аппарата являлись посадочный аппарат массой 680 кг и аэростатный атмосферный зонд, масса которого вместе с парашютами и системой наполнения гелием не превышала 120 кг. Данные с посадочных аппаратов ретранслировались на Землю через пролётные аппараты, а с аэростатных зондов — непосредственно на 60—70-метровые антенны, расположенные на территории СССР и США.

Рис. 3. АМС Венера

Аэростатный зонд состоял из тефлоновой оболочки диаметром 3,4 метра, наполненной гелием, и подвешенной на капроновом фале длиной 13 метров гондолы массой 6,9 кг. На несущей конструкции гондолы установлена аппаратура для измерения метеорологических параметров, радиосистема и блок питания. Контейнер для аэростата, расположенный на спускаемом аппарате вокруг антенны, имел тороидальную форму. Оболочка аэростата в рабочем состоянии была заполнена гелием с избыточным давлением 30 милбар. Утечка гелия из оболочки за расчётное время работы батареи зонда (2 суток) не превышала 5%, что соответствовало потере высоты около 0,5 км. Оболочка была прозрачна для радиоволн.

Рис. 4. Аэростатный зонд.

 Гондола аэростатного зонда имела 1,2 метра в высоту и состояла из трёх частей, соединённых гибкими стропами. Верхняя часть представляла из себя коническую направленную передающую антенну; к вершине конуса прикреплялся фал, соединяющий гондолу с аэростатной оболочкой. Средняя секция гондолы, присоединённая к верхней двумя гибкими стропами, представляла собой прямоугольный контейнер с размерами 40,8 × 14,5 × 13,0 см. В верхней части секции находились радиопередатчик, модулятор, система обработки данных и электроника для обработки сигнала и регулировки мощности. В нижней части средней секции находились датчики давления и освещённости, а также откидной кронштейн, на котором были установлены датчики температуры и вертикальный анемометр. Нижняя секция гондолы (прямоугольный контейнер с размерами 9,0 × 14,5 × 15,0 см) также крепилась к средней двумя гибкими стропами. В ней находились нефелометр и батареи. Литиевые батареи с общей массой 1 кг и ёмкостью 250 Вт·ч обеспечивали ожидаемую продолжительность автономной работы зонда от 46 до 52 часов. Гондола была покрыта белой защитной краской для предохранения от коррозии, вызываемой серной кислотой, и увеличения поверхностного альбедо.

Рис. 5. Гондола аэростатного зонда.

Системы, компоновка

Так как АЗ по существу состоит из двух систем: системы ввода и аэростатной станции, то схемное решение системы ввода во многом определяет и схемное решение АЗ в целом.

В настоящей работе в качестве схемообразующих признаков приняты:

Тип аэростата.

АЗ типа «Вега»:

· по способу создания подъемной силы  является газовым;

· способом создания перегрева - тепловые потоки;

· конструктивно открытого типа;

· величиной избыточного давления - аэростат сверхдавления.

Форма оболочки: сферическая.

Материал оболочки аэростата: Оболочку аэростата диаметром 3.4 м изготовили из фторлоновой ткани, сшитой из фрагментов, напоминающих по форме дольки апельсина. Для обеспечения герметичности ткань и стыки покрыли несколькими слоями специального лака.

Расположение АЗ в составе спускаемого аппарата: аэростатный зонд как единый агрегат разместили над тормозным щитком спускаемого аппарата. Доработки конструкции СА были минимальными: на верхней части сферической теплозащитной оболочки были установлены узлы для крепления АЗ, а на цилиндрической части парашютного отсека – стеклотекстолитовые направляющие, обеспечивающие безударный сход зонда.

Характер схода аэростатного зонда со спускаемого аппарата: организованный по направляющим специально спроектированной конструкцией.

Тип системы наполнения: автоматика, с единовременной подачей подъемного газа наполнения аэростата.

Размещение системы наполнения: На верхней части силового конуса СА устанавливались системы: наполнения аэростата с гелиевыми баллонами высокого давления и парашютный контейнер аэростата.

Тип балласта: нижняя часть торового отсека.

Тип системы разделения: электромеханический.