Схемные решения ввода в действие средств десантирования и дрейфа. Факторы, влияющие на их выбор и основные проектные параметры

Программы научных исследований атмосферы и поверхности небесных тел Солнечной системы, разрабатываемые академическими организациями Российской Федерации (а также в кооперации с зарубежными учеными), предусматривают решение целого ряда научных задач, включая:

· исследование физико-механических свойств атмосферы и поверхности;

· исследование внутреннего строения планет;

· исследование магнитного поля;

· исследование сейсмической активности;

· проведение радиолокационных съемок поверхности;

· получение фото-телевизионных изображений;

· поиск воды и следов биологической активности;

· исследование динамических процессов в атмосфере и измерение метеорологических параметров и т.д.

Традиционными для решения большей части задач экспедиций к Марсу Венере, а также Юпитеру, Титану являлись контактные методы исследований с помощью спускаемых и ПА. По сравнению с дистанционными исследованиями с помощью орбитальных аппаратов контактные методы позволяют:

· проводить забор проб атмосферы и грунта для последующего анализа на месте и передачи данных на Землю;

· проникать под слой облаков, препятствующих исследованиям планеты оптическими методами;

· восстанавливать такие параметры атмосферы, как давление, температура, плотность, ветер и др., при обработке телеметрической информации от научно-служебных приборов;

· осуществлять панорамную съемку поверхности и ее элементов с высоким разрешением и т.д.

Научные задачи исследований и схема проведения эксперимента в значительной степени определяют облик КА, состав систем и технических средств, обеспечивающих их выполнение. Анализируя структурный состав ДА и траекторные операции, осуществляемые во время спуска и посадки, можно выделить основные участки и основные схемообразующие признаки (Рис. 3):

· тип ДА, характер ПН;

· конфигурация и геометрия ДА;

· конструкция;

· способ полета в атмосфере, аэродинамическое качество;

· условия входа в атмосферу;

· используемые тормозные устройства, чередование участков спуска;

· способы ввода в действие средств десантирования;

· расположение средств торможения в ДА;

· момент ввода в действие и условия ввода дополнительных средств торможения;

· тип измерительных устройств;

· тип систем разделения;

· тип ПС, каскадность;

· схема подвески;

· применяемые материалы;

· «весовая категория» ПН и т.п.

Каждый признак характеризуется определенным количеством вариантов возможной реализации, и несет в себе свои достоинства и недостатки.

С учетом представленных выше схемообразующих признаков и вариантов реализации представляется возможным формирование огромного числа вариантов схемных решений как допустимых их сочетаний, каждому из которых будут свойственны определенные характеристики и показатели качества. При этом можно выделить параметры, которые в значительной степени влияют на их количественную меру (Рис. 4, 5).

Анализ, проведенный в рамках обсуждаемых исследований, указал на значимость влияния целой группы параметров, имеющих разную физическую основу, к которым в первую очередь относятся:

· скорость и угол входа в атмосферу;

· баллистический параметр;

· аэродинамическое качество;

· максимальные перегрузки;

· высота, скоростной напор и число Маха при вводе парашюта;

· площадь парашюта;

· количество парашютов и каскадов;

· параметр рифления;

· углы и угловые скорости колебаний;

· баллистический параметр лобового экрана;

· высота включения двигателей;

· тяга двигателей;

· моментные характеристики;

· скорость ветра;

· ошибки измерительной аппаратуры;

· рельеф поверхности и т.д.

Появление в составе исследовательских КА АЗ вызвано необходимостью дополнения возможностей как дистанционного зондирования атмосфер исследуемых небесных тел, так и возможностей СА. Методы контактных исследований с помощью СА имеют ряд недостатков, ограничивающих или даже исключающих возможности решения ряда научных задач. Исследования проводятся лишь в определенных местах посадки. Полученный разрез атмосферы планеты позволяет определить характеристики лишь для конкретной траектории движения от входа в атмосферу до посадки. Время функционирования аппарата и, соответственно, проведения научных измерений ограничено скоростью прохождения атмосферы и временем существования на поверхности. Особенно для Венеры из-за тяжелых условий функционирования, а именно высокой температуры и давления. Определенное время функционирования аппарата и район проведения исследований приводят к ограничению объема информации, получаемой в результате проведенных научных измерений, которая передается на Землю.

В то же время расширение возможностей исследований и улучшение технологии проведения экспериментов за счет использования АЗ привело и к необходимости решения новых технических задач.

Отечественный и зарубежный опыт разработки аэростатных средств различного назначения [13–16] указывает на большое разнообразие возможных решений как аэростатов, так и систем ввода их в действие и могут быть классифицированы по самым различным признакам.

Отдельные блоки научной аппаратуры могут начать функционировать уже в процессе спуска в атмосфере СА. На этапе ввода оболочки лобовой экран вытягивает подвеску, на которой расположена гондола с научной аппаратурой. Производится «разрез» атмосферы, измеряются ее метеорологические параметры и оптические характеристики. АЗ для исследования Венеры выводится на определенную высоту в облачном слое атмосферы, а марсианский АЗ спускается до поверхности и осуществляет челночный дрейф: плавает в атмосфере в дневное время, а ночью опускается до поверхности. После касания поверхности лобовым экраном при осуществлении «просадки» работу продолжают приборы первой группы. В это же время начинает функционировать расположенная в лобовом экране аппаратура для проведения сейсмических экспериментов. При подъеме аэростата на высоту, равную длине подвески, в работу включается аппаратура второй группы. По показаниям солнечного датчика производится настройка телевизионного комплекса и осуществляется панорамная съемка места посадки. При благоприятных обстоятельствах (отсутствие складок рельефа, пылевых вихрей и близкое взаимное расположение) возможна съемка других элементов экспедиции, например марсохода, который осуществляет посадку практически одновременно с аэростатным зондом.