Реферат: Тросовые системы в космосе - текст реферата. Скачать бесплатно.
Банк рефератов, курсовых и дипломных работ. Много и бесплатно. # | Правила оформления работ | Добавить в избранное
 
 
   
Меню Меню Меню Меню Меню
   
Napishem.com Napishem.com Napishem.com

Реферат

Тросовые системы в космосе

Банк рефератов / Астрономия, авиация, космонавтика

Рубрики  Рубрики реферат банка

закрыть
Категория: Реферат
Язык реферата: Русский
Дата добавления:   
 
Скачать
Архив Zip, 115 kb, скачать бесплатно
Заказать
Узнать стоимость написания уникального реферата

Узнайте стоимость написания уникальной работы

НВК № 166 с лицеем “ ВЕРТИКАЛЬ ” РЕФЕРАТ на те му ТРОСОВЫЕ С ИСТЕМЫ В КОСМОСЕ Выполнил Денисов Егор Харьков 2001 ЧТО ТАКОЕ ТРОСОВАЯ СИСТЕМА Космическая тросовая система - э то комплекс искусственных космиче ских объектов (спутников , кораблей , грузов ), соединённых длинным и тонкими гибкими элемен тами (тросами , к абелями , шлангами ), совершающий орбитальный полет . В наиболее простом виде -это связка д вух космиче ских аппаратов , соеди ненных тросом длиной в десятки или даже сотни киломе тров . Сложные тросовые системы могут иметь много космичес к их объектов , соедине нных тросами в форме замкну тых колец , дре вовидных образований , объемных многогранников . Кос ми ческие тросовые системы - новые , нетрадиционные структуры , создаваемые человеком в космосе , - позволяют выполнять за дачи , которые невозмож н о , нецелесообразно или неэкономично решать с помощью существующих средств ко смической техники. Тросовые системы от личаются тремя основны ми особенностями от кос мических аппа ратов тра диционного типа . Первая - большая про тяжен ность , обеспечивающая устойч ивое вертика льное положение системы на орбите , причем на концах системы создается малая искусственн ая тяжесть . Соединенные тросом ап параты имеют недоста ток или избыток орби тальной скорости , а их движение выполняется с одним пе риодом обраще ния на разны х высотах . Вторая особенность - гиб ко изменяемая конфиг урация , возможность изме нения длины тросов пу тем их выпуска и втягивания. Это позволяет регули ровать взаимное поло же ние и ориентацию аппара тов , присоединять и отце плять другие объекты от тросов , передвигать по ним грузы . Третье отли чие - активное взаимо действие электропровод ного т роса с внешней сре дой , в первую очередь , с магнитным полем и ионо сферой Земли , обеспечивающее функционирова ние системы в генера тор ном , двигательном , электропереда ю щем и излучательном режимах. В зависимости от того , кака я из этих особенно стей преобладает у дан ной тросовой системы , какое свойство использу ется при эксплуатации , проекты таких систем можно разделить на три типа . У "статичес ких " сис тем в процессе эксп луа тации к оличество и дли ны тросов , количество и ма ссы объектов , их вза имное положение и ори ентация остаются постоянными . Ко второму типу относятся "динамиче ские " системы , сущест венно изменяющие коли чество и длину тросов , коли чество и массу объе к тов , их в заимное поло жение и ориентацию . "Электромагнитные " сис темы снабжены электро проводными изолирован н ыми тросами с плазмен ными контакторами на концах и активно взаимо действуют с магнитн ым полем и ионосферой Зем ли. Существует много раз личных пр оектов тросо вых систем и способов их практического примене ния в космосе . Нескольк о лет назад нами была предложена классифи ка ция способов применения тросовых систем на низ ких околоземных орбитах по 3-м уровням : по типу используемой тросовой системы , п о виду решаемой технической задачи и по конкретной реализа ции способа . База данных включает в себя около сотни изв естных спосо бов и их возможных моди фикаций. Статические тр осовые системы могут использоваться в исследо ваниях дальнего космоса , около земного прост ранства , ат мосферы и поверхности Земли с помощью протя женных измерительных систем (наприме р , интер ферометров с очень боль шой базой , равной длине троса ), датчиков геофи зических п олей , разне сенных или распределен ных вдоль т роса и опуска емых на тросе на низкие высоты атмосферных зондов . На космичес ких аппаратах в составе та ких систем мож но проводить различные экспери менты и технич еские опе рации (медико-биологи ческие исследования , производство веществ и материалов , выращива ние растений ) в специфи ческих условиях микро гравитации (от тысячных до десятых до лей g ) и от сутствия собственной внешней атмосферы вок руг аппаратов . Используя архитектурный принцип построения тросовых сис тем , в космосе можн о бу дет создавать сложные сооружения бол ьших размеров , например , косми ческие элект ростанции , поселения , заводы , оран жереи. Динамические тросо вые системы могут ис пользоваться для вы пол нения орбитальных ма невров космических ап пар атов без затрат топ лива - либо путем отве дения аппарата на т росе с последующей его отцеп кой , либо захватом и подтягиван ием аппарата тро сом . Например , если от орб итальной станции от вести вниз на тросе д ли ной около 50 км грузовой корабль и затем отделить его , корабль сойдет с ор биты и упадет на Землю , а станция повысит свою орбиту , не затрачивая на это ни капли топлива . На лифтах , движу щихся по тросам , предполагается перемещать гр узы и эки пажи , а используя пово ротную шта нгу с выходя щим с конца тросом , ори ентиро вать в пространст ве висящий на тросе ап п арат. Э лектромаг нитные тросовые системы могут вырабатывать за счет ис пользования части кине тической энерг ии орбитального движения систе мы электроэнергию мощ ностью до 1 МВт . Элект роэнергией , получаемо й от бортового генератора , можно поддерживать или медленно повышать вы соту орб иты тросовой си стемы без затрат топли ва . Используя некоторые электродинамические эффекты , возможно с ми нимальными потерями пе редавать электроэнергию по длинному тросу между разнес енными космиче скими аппаратами . Трос в качест ве пер е дающей антенны позволяет о суще ствлять эффективное из лучение радиоволн низ кочастотных диапазонов - этот принцип найдет п рименение в глобальных системах космической связи. Пожалуй , не существу ет такой области косми ческой деятельн ости , где тросовые сист емы не мог ли бы найти эффективно го применения . Более то го , некоторые операции в космосе могут вып ол няться только при их ис пользовании . Внедре ние технологии так их систем способно изменить весь облик бу дущих космиче ских средств. ОТ ЗАРОЖДЕНИЯ ИДЕИ ДО Н АШИХ ДНЕЙ Российские ученые за ложили осно вы концеп ции тросовых систем как одного из перспективных направлений развития космическо й техники. Впервые такие систе мы и способы их примене ния в к осмосе были опи саны в 1895 г . К.Э . Циол ковским в "Грезах о З ем ле и небе ". Для создания искусственной тяжести К.Э . Циолковск ий пред ложил использовать вра щающуюся связку обитаемой станции и балласт ной массы , соед иненных цепью длиной 500 м , а для перемещения грузов в космосе - цепочку , вы пускаемую и втягиваемую л ебедкой. В 1910 г . Ф.А . Цандер выдвинул проект "косми ческого лифта " с 60 000-км тросом , протя нутым с поверхности Лу ны к Земле . Под действи ем гравитационных и цен тробежных сил такой трос будет постоянно натянут , и по нему , как по ка натной дороге , можно транспортировать грузы. В 20-30-е гг . идеи К.Э . Циолковского нашли от ражение в проектах вра щающейся тросовой кос мической с танции Ю.В . Кондратюка и в фанта стических романах А . Беляева "Звезда КЭЦ " и "Прыжок в ничто ". Идеи Ф.А . Цандера о космиче ском ли фте были разви ты в 60-70-е гг . в рабо тах Ю.Н . Арцутанова , предложившего проек т троса , протянутого с поверхности Земли н а геостационарную орбиту и в проекте трос ово го "космического ожере лья Земли " Г.Г . Поляко ва. В 1965 г . в РКК "Энер гия " (бывшая ЦКБМ ) под руковод ством С.П . Коро лева началась подготов ка к первому в мире кос мическому эксперименту с тросовой системой . Раз работанный проект "Союз-ИТ " предусматривал создание искусственной тяжести на космическом корабле "Союз ", соединённом к илометровым ст а льным тросом с пос ледней ступенью ракеты-носителя , путем приведе ния этой связки во враще ние . Но после ко нчины С.П . Королева проект был закрыт , и работы по тросовым системам в РКК "Энер гия " возобновились только через 20 лет. Таким образом , в се редине 60 -х гг . наша страна л идировала по работам в области кос мических тросовых сис тем . Для дальнейшего развития этих работ име лись все предпосылки и усл овия . Однако в пос ледующие годы из-за от с утствия заинтересован ности руководства в про дол жении этих разр а бо ток инициатива была пе рехвачена специалиста ми США. ЗАРУБЕЖНЫЕ ИДЕИ И ЭКСПЕРИМЕНТЫ Начало работ в облас ти трос овых систем за ру бежом связано с именем итальянского ученого Дж . Коломбо , разработавш е го в 60-70-х гг . (совместно с работавшим в США италья нским специали стом М . Грос си ) многочис ленные проекты их прак тического применения в космосе и активно высту павшего за развитие та кого направления . В част но сти , ими выдвинуты идеи электромагнитной трос овой системы и при вязного атмосферного зонда , наш е дшие в 90-х гг . практическо е воплощение в итало-американ ских проектах " TSS -1" и TSS -2". Реализации пр оектов " TSS " способствовала поддержка директора од ного из подразделений NASA И . Б еки , организо вавшего в 1983 г . первую рабочую встречу специа листов по этой проблеме . После этого состоялись международные конференции по проблемам кос мических тросовых сис тем , проходившие в 1986 г . в Арлингтоне (США ), в 1987 г . в Венеции , в 1989 г . в Сан-Франциско и в 1995 г . в Вашингтоне . На послед ней кон ференции высту п или специалисты из США , Канады , Италии , Германии , Испании , Фран ц ии , Австрии , Японии и Китая. В конце 1966 г . были проведены два аме рикан ских эксперимента на пи лотируемых кораблях "Джемини " - они соединя лись 30-м синтетически ми лентами с ракетной сту пенью "Аджена ". В первом эксперименте связка космических объе ктов вращалась вокруг общего центра ма сс , а во втором - в устойчивом вертикальном положе нии. В рамках американо-японской программы в 1980-85 гг . были осущест влены четыре запуска на высоту 32 8 км зондирую щих ракет . В ходе полета полезный груз удалялся на эл ектропроводном тросе на 400 м (серия экс перимент ов " CHARGE "). В первых дв ух эксперимен тах тросы удалось выпус тить тол ько на длину 30 м и 65 м . В двух послед них - тросы были выпущены по лностью , чт о позволи ло выполнить исследова ния электродинам ики тросовой системы. Итало-американский эксперимент “ TSS-1 ” был проведен в 1992 г . Пред полага лось отвести от ко рабля "Атлантис " италь янски й привязной спут ник на электропроводном трос е длино й 20 км и вы полнить электродинам и ческие и радиофизиче ские исследования . При вязно й спутник разраба тывала итальянская фир ма " Aeritalia " ( Alenia Spazio ), а привязную си с тему - американская фирма " Martin Marietta ". Вследствие зажима троса в лебедке его удалось выпустить всего на 265 м , после чего трос был втя нут обратно. В феврале 1996 г . в хо де полета кораб ля "Спейс Шаттл " сделана попытка повторить такой эксперимент ( TSS - R ). Теперь трос раз мотали почти на всю дли ну , о днако он неожиданно оборвалс я ("пережегся ") из-за короткого замыка ния , вероятная причина -механическое поврежде ние изоляции . Из-за ава рии дорогостоящий итальянский спутник вме сте с тросом ушел на дру гую орбиту и б ыл потерян . Тем не менее , в экспери ментах серии “ TSS ” была пр оведена часть заплани рованных электродина ми ческих исследований , в частности , в экспери мен те TSS -1 R " в тросе был достигнут ток силой 0,5 А . Еще два америка нских эксперимента " SEDS -1" и " SEDS -2" выполнены в 1993-94 гг . От посл едней ступени ракеты-носителя "Дельта -2" отводи лись по лезные грузы на тросах длиной 20 км , выпускае мых с помощью катушек , разработанных американ ским специалистом Дж . Кэрроллом. В первом эксперименте отрабатывался безрас ходный спуск гр уза с ор биты , а во втором - раз вертывание тро совой сис темы в вертикальное по л ожение . В 1993 г . также с использованием ракет ы "Дельта -2" проведен экс перимент " PMG " с элект ропроводным тросом дл и ной 500 м , позволивший исследовать некоторые эф фекты электродина мики данной системы. Канадские эксперим ен ты " OEDIPUS - A " и " OEDIPUS - C " с тросами д линой 1 км проведены в 1989 и 1995 гг . В мае 1996 г . состоялся запуск двух американских аппа ратов морской разведки с тро сом длиной 4 к м (экспери мент " TIPS "). Программой длительного полета предполагает ся исследо вать стойкость троса к воз действию метеорных частиц. После проведения экс периментов " TSS -1" и "TSS-1R" (затраты соста вили почти миллиард долларов ) пересмотрена программа ра бот США в области тросовых систем . Планиро вавшийся экспе римент " TSS -2" с атмо сфе рным зондом , опуска емым вниз с корабля "Спейс Шаттл " на 100-км тросе , был отменен . А другие эксперименты в космосе вначал е были ограничены проектами , не превышающими по стои мости 10 млн . долларов , а затем вообще прекраще ны . В расписании полетов кораб лей "Спейс Шаттл " до конца 2003 г . экспер и менты с тросовыми систе мами не предусмотрен ы. РОССИЙСКИЕ РАЗР АБОТКИ И ПРОГРАММЫ В России были созданы научны е школы , занима ющиеся теоретическими исследования ми косми ческих тросовых систем . С конца 60- х гг . эти исс ле дования велись , главным образом , в Институте при кладной математики (ИПМ ) АН СССР такими крупными учеными , как В.В . Белецкий , В,А . Сарычев , Е.М . Левин (ныне ра ботающие за рубежом ).Исследования м еханики тросовых систем давно ведутся в М осковском гос у дарственном авиацион но-техн ологическом уни верситете (МГАТУ , быв ший МАТИ ) под руковод ством В.А . Иванова и Ю.С . Ситарс кого . В пос ледние годы подобные исследования начаты в Московском авиационном институте , Московском государственном техни ческом универ с итете им . Н.Э . Баумана , Военной инженерной космической академии им . Н.А . Мож ай ского . Изучением элект родинамики и радиофизи ки тросовых систем зани маются в ЦНИИ машин о строения , Институте ра диотехники и электрони ки РАН , Московском фи зико-техническом и нсти туте. В последние годы в НПО машинострое ния со вместно с Институтом земного магнетизм а , ионо сферы и распространения радиоволн разр абаты вался проект эксперимента на станции "Ал маз ", где предполагалось отве сти на тросе платформу с аппаратурой для г еофи зически х исследований . В НПО им . С.А . Лавочкина разрабатываются проек ты марсианского тросово го пенетратора на базе межпланетной станции "Ф обос " и тросовой систе мы для обслуживания ор битальной станции на ба зе спутника "Прог ноз ". Институтом космич е ских исследова ний РАН предложен проект тросовой системы в форме тетра эдра для исследования электри ческих и магнит ных полей в околоземном п ространстве . В Москов ском техническом уни версите те связи и информатики ведутся исследо вания систем с "бегущи ми " тросами. В последнее время проводится работа по тросовым сист емам с уча стием иностранных спе циалистов . В Самарском авиационном институте и Центрально м специаль ном конструкторском бю ро (ЦСКБ ) сов местно с не мецкими фирмами ведет ся разработк а проекта эк сперимента с привяз ной к апсулой " Rapunzel " на спутнике "Фотон ". В ЦНИИМаш по гранту NASA разработан про ект двойной электродинами ческой тросовой системы ТЭДОС на корабле "Прогресс-М ". В РКК "Энер гия " во взаимодействии с евро пейскими специал истами разраб атывается проект возвращения баллисти ческих капсул и грузовых кораблей с пилотируемой станции при помощи длинных тросов . В 1994 г . в сотрудничестве с не мецк ой фирмой " Kayser Threde " был созда н про ект совместного экспери мента " Tpoc - Rapunzel ", затем по заказу Европей ского космич еского агентства ( ESA ) прораба тывался эксперимент тросового спус ка капсулы "Радуга ". ПЕРСПЕКТИВЫ ТРОСОВЫХ СИСТЕМ В РКК "Эне ргия " актив ные работы по космическим тросовым системам возоб новились в 1987 г . Они бы ли направлены на освоение и применение т аких систем в рамках пилотируемых ко смически х станций . Разра ботанная концепция разви тия отечественных работ в этой области предусматр и вает следующее . На первом этапе - проведение на ор битальных станциях серии космических эк с перимен тов с тросовыми системам и "Трос -1", "Трос -1 А ", "Вул кан " и 'Трос -2". В перспек тиве - создание и опытная эксплуатация на новой ор битальной станции тросо вых сис тем транспортного , энергетического и исследо вател ьского назначения . В отдаленном буд у щем пред полагается создание орби тального пилотируемого комплекса с многофункцио нальным использованием технологий тросовых сис тем. Космический экспери мент "Трос -1" - оригиналь ная отечественная разра ботка , выполняемая в РКК "Энергия " с 1989 г . Экспе ри мент предусмат ривает ис следование механики раз вертывания , поле т и разде ление тросовой си стемы с отра боткой безрасходного орбитального ма невра . В программе "Трос -1" предполагалось создать на орб ите тросовую систему , состоящую из станции "Мир " и корабля "Прогресс-М ", соединё нных 20-км тросом из синтетического волокна . В течение недели система совершит орбиталь ный по лет , после чего будет осу ществлено ее разделение . При этом корабль перейдет н а более низкую орбиту , а станция увеличит высоту орб и ты (такой маневр с эко номит около 150 кг топли ва ). Эксперимент ' Трос -1 А " по своему замыслу анало гичен Трос -1 " и отличается от него увеличением длины троса до 50 км . Примене ние троса такой длины поз волит без затрат топлива осуществит ь спуск грузово г о корабля с орбиты и его затопление в заданном районе Тих ого океана . При этом орбитальная станция п овысит высоту орбиты почти на 10 км , а э кономия топлива составит до 400 кг. В следующем экспери менте "Вулкан " предпола гается развернуть на орби те модельны й аналог элек тродинамической тросовой системы : и з грузового ко рабля будет выдвигаться 100-м штанга с приборным контейнером на конце . Размещенная на корабле и в контейнере эле ктронная аппаратура с плазменными контакторами сможет вы полнить исследовани я элект родинамических ха рактеристик системы и различных явлений в маг нитном поле Земли и ион о сферной плазме . Кроме то го , на борту орб итальной станции и на специально развертываем ых наземных пунктах планируется при нимать и анализировать из лучаемые све р хнизко час тотные радиосигналы . В хо де 20-суточного пол ета пройдет отработка функци онирования в ген ераторном , двигательном , элект-ропередающем и излуч а-тельном режимах , а также управления ориентац ией на орбите. Заключительный экспе римент "Трос -2" задуман как комплекс всесторонних исследований механики , электродинамики и радио физики орбита льной тросо вой системы , состоящей из орбиталь ной станции и гру зового корабля , соединен ных 20-км кабелем , по ко торому движется лифтов ая тележка . Размещенная на станц и и , корабле и тележ ке аппаратура позволит о существить опытную экс плуатацию системы в ра з личных режимах и провес ти уточненные исслед ова ния ее динамических и электромагнитных св ойств . Орбитальный полет тросо вой системы про длится не менее месяца , после ч е го , как в экспериментах "Трос -1" и " Tpoc -1 A ", будет проведено ее разделение. Успешное проведение экспериментов "Трос -1" и "Трос -1 А " то это позво лит приступить к созданию и последующей эксплуата ции на орбитальной стан ции транспортной тросовой систем ы многократного ис пользования для спуска с орбиты возвращаемых кап сул , отработавших кораб лей и модулей , ферм и па нелей . Эта же система при менима и для периодиче ского подъема высоты ор биты станции без затра т топлива . По предваритель ным проработкам , о сновой системы станет включае мый в состав станции спе циальный модуль . В его со став войдет лебедка для развертывания 60-км тро са , механизм выдвижения и втягива ния 100-м фермы и устройство захвата и с бро са грузов. После выполнения экс периментов "Вулкан " и "Трос -2" предполагается начать разработ ку штатно эксплуатируемой на стан ции тросово й системы . На конце длинного кабеля прикре пят солнечную или ядерную энергоустановку . Вы рабатываемую электро энергию от установки пред по лагается передавать по кабелю н а станцию и ис пользовать для энерго обеспечения ее служебных систем и других размещен ны х на борту приборов . Кроме того , при дв ига тельном режиме работы системы электрический ток в кабеле , взаимодей ствуя с магнитным полем Земли , позволит электро динамиче с ки поддержи вать или медленно повы шать высоту орбиты станции . Работа в генератор н ом режиме за счет час тичного снижения ор биты системы даст возмож ность получать на стан ция за короткое время электроэнергию б ольшой мощности. В будущем как в экспе римента х , так и при эксплу атации штатных систем можно будет проводить различные научные иссле дования с использованием возможностей , создаваемы х развернутыми тросо выми системами . Большой и нтерес представляет изучение проблемы самочув ств ия и работоспособности э кипажа орби тальной стан ции , а также поведения жи вотных , роста растений , свойств твердых тел и жид костей в условиях микро гравитации . Другой важный аспект - процесс естест венного удалени я собственной внешней атмосфе ры станции при разверты вании тросов о й системы . Это позволит получить осо бо чистый вакуум для вы полнения некоторых иссле дований в о бласти косми ческой технологии . В поле те трос овых систем можно измерять геофизические поля при помощи разнесен ных датчиков , изучать свойства ионосферы , возд е йствуя на нее электромагнитным излучением тросовой ан тенны , выпол нять и другие интересные исследов ания. При успешном развитии работ по космич еским тро совым системам , вероятно , в середине XXI в . может быть создана долговремен ная пи лотируемая орби тальн ая станция нового по коления . Согласно предва рительным проработкам , та кая станция должна представлять собой сложную тросовую сис тему , состоящую из двух мног облочных станций , соединенных нескольки ми тросами , лифта (дви жущегося по тросам меж ду стан циям и ) и отводи мых на тросах при вязных модулей . Конечно , загля дывать в столь далекое будущее всегда риско ванно , однако корпора цией "Энергия " уже полу чен патент на орбиталь ную станцию подобного типа. КОСМИЧЕСКИЕ ТРОСОВЫЕ СИСТЕМЫ : ВЗГЛЯД ИНЖЕНЕРА И МЕХАНИКА Что могут тросовые системы в космосе ? Тросовые сист емы в перспективе могут овладеть чрезвычайно широ ким набором "профессий " в космосе . Рас смотрим кратко схемы , обсуж дае мые в л итературе. Как известно , искусственная тяжесть желательна для длител ьной рабо ты экипажей в космосе . Для ее создания можно составить орбитальную станцию из двух отсеков , соединить их тросом и привести во вращение вокруг центра масс . В таком режиме д вигалась связка " Джемини -1 1" с ракетной ступенью "Аджена ". Угловая скорость ее вращения была в 13,5 раза бо льше орбитальной . Рассматривались и более сло жные конструкции , состоящие из большого числа отсеков , соединенных троса ми в многоугольные конфигурац и и . Если связка вращается вокруг центра масс синхронно с орбитальным движением , то при ее ориентац ии вдоль геоцентрического радиуса-вектора (т.е . вдоль местной вертикали ) возникает режим грав итационной стабили зации . В таком режиме двига лась связка "Джемин и -12" с ракетной ступе нью "Аджена ". В этом движении искусственная тяжесть в от секах складывается на 1/3 из приращения центробежных сил и на 2/3 из приращения гравитацио нных сил , что составляет в сумме ^ g =(3* R / R ) g , где R — вертикальное смещение относительно центра масс, R — геоцент рический радиус орбиты центра масс . g — ускорение свободного падения на данной высоте . Искусс твенная тяжесть , составляющая даже малые доли g (микротяжесть ^ g), позволяет улучшить условия жизни на орбите : изба виться от плавающих предметов , облегчить обращение с водой и т.д . Ус ловия микрогравитации благоприятны для перекачки жидкостей на орбите (например , топлива ) из одного резервуара в другой . В условиях невесомости дозап р авка топливом на орбите является сложной технологи ческой про блемой , так как по мере опорожнения резерв уара общая масса жидкости под действием п оверхностного натяжения разбивается на мно жество капель , собрать которые не так-то просто . В условиях микрогра витации жидкость будет перетекать из одного резервуара в другой по прос тому закону сообщающихся сос удов , который в равной степени справед лив как для полной тяжести g , так и для микротяжести g . Представим , что в вертикальной конфигурации один из отсеков я вляется резервуаром с топливом . Пристыковавшись к этому отсе ку , межорбитальный буксир или ор битальный самолет сможет дозаправиться простейши м способом , открыв вентиль и использовав п еретекание топлива из сосуда с большим ур овнем в сосуд с меньшим уровне м . Минимальная длина троса , которая обеспе чивает уровень микрогравитации , достаточный для преодоления поверхностного натяжения , составляет для разных видов топлива от 30м до 1,2 км . Трос может быть достаточно тонким : сеч ение менее 1 мм ^2, погонная масса ~ 1 кг /км . Разне сение отсека с топливом и жилого отсека станции на разные концы троса повышает также безопасность и работо способность станции в аварийных ситуациях. За пределы станции может быть вынесен не только р езервуар с топли вом . Вынос узла для прист ы ковки орбитального самолета позво ляет с ущественно уменьшить толчок , который испытывает станция , и дос тигнуть заметной экономии то плива . Схема гравитационно стабилизированной связки находит и другие применения . В рассмотрен проект интерферометра , состоящ его из двух приемных антенн , соединенных тросом длин ой 5 км и расположенных вдоль геоцентрического радиуса-вектора . Большая база орбиталь ного ин терферометра и , следовательно , его большая раз решающая спо собность позволяют проводить тонкие радиоисследован и я Солнца и плане т , в частности на тех длинах волн , кото рые не пропускает земная ионосфера. Существует проект пассивного с путника-радиоотражателя на геоста ционарной орбите , который представляет собой цепочку большого числа металлических шариков , соединенны х стерженьками с шарнирами и рас положенных р адиально , и может быть элементом разветвленно й сис темы радиосвязи . На низших формах ко лебаний такая цепочка шариков ведет себя , как гибкая нить. Трос , расположенный вдоль местной вертикали , может служить основ ным несу щим элементом для различных вариантов солнечн ых космических элекстростанций . Конструкция такой электростанции состоит из большого числа коллекторов солнечной энергии , расположенных вд оль троса длиной 50 км . Коллекторы могут быт ь выполнены в форме п ластин , цил индров или шаров . Вырабатываемая солнечной эл ектростанци ей энергия будет передаваться на Землю с помощью СВЧ-антенны , располо женной на конце троса , обращенном на Землю . Движени е всей системы про исходит в режиме грави тационной стабилизации . Обсуждаются с пособы полезного использования солнечного излуче ния в космосе с помощью пленочных отражат елей . В предлагаемых кон струкциях существенными элементами являются тросы-стропы , за счет которых осуществляется управление ориентацией и формой отражаю щей поверхности. Значительный интерес представляют тросовые системы , взаимодейс т вующие с магнитным полем Земли . Если эле ктропро водящий и изолированный снаружи трос развернуть с орбитальной станции вдоль местно й вертикали и с помощью бортовой энергоус тано вки пропус тить по нему электрический ток то со стороны геомагнитного поля на трос будет действовать распределенная с ила , уско ряющая движение станции . Трос в э том случае будет действовать , как своего р ода электромагнитный двигатель для станции . Т ок , прот е кающий по тросу , должен замыкаться через ионосферную плазму ; контакт с плазмой осуществляется специальными устройст вами , через которые на одном конце троса электроны стекают в окружающую плазму , а на дру гом конце собираются из плазмы. Проводящий тр ос можн о использовать не только как двигатель , но и как генератор электрической энергии . При движении троса , снабженного на концах устройствами контакта с плазмой , в магнитном поле в тросе будет индуцир оваться электродвижущая сила . Если между трос ом и одним из у с тройств конта кта с плазмой поместить электрическую нагрузк у , то на ней будет производиться полезная работа . Сила , действующая на трос со с тороны магнитного поля , в этом случае буде т тормозить движение стан ции . По предварительным оценкам , коэффицие нт полез ного действия такого электрогене ратора очень высок - около 90%. За счет большо й скорости движения троса э.д.с . индукции б удет составлять на вы соте 400 км около 2000 В /км . При длине троса 10 — 20 км разность потен циалов между его концами составит 2 — 4 кВ , с и ла гока будет измеряться амперами , мощность генератора может достигну ть нескольких десятков киловатт . Уменьшение в ысоты орбиты в процессе генерации электроэнер гии может компенсироваться тягой реактивных двигателей , что дает высо коэффективный способ пере в ода химической энергии в электрическую. Выгодной выглядит комбинация р ежимов тяги и генерации . При входе станции в тень Земли се солнечные батареи пе рестают вырабатывать энер гию . В этот период движения электроэнергия на борту станции м ожет вырабатываться тросовым генератором за счет уменьшения энергии орби тального движен ия . При выходе на освещенную сторону Земли часть элект роэнергии , вырабатываемой солнечными батареями , нужно будет использо вать для работы троса как двигателя с целью восполнения энергии орбиталь ного движения . Возможность запасения энергии в виде энергии орбиталь ного дви жения и высвобождения ее с малыми потерям и с помощью тросо вого мотор-генератора предст авляется очень заманчивой . Если на станции для тех или иных целей необходима крат к о временная генерация пиковой электри ческой мощности , тогда в течение многих ви тков трос работает как двигатель и станци я набирает высоту , затем в нужный момент трос переключается на генерацию и за несколько витков переводит запасенную энергию орбитального д вижения в электроэнергию за счет уменьшения вы co ты полета станции. Пропуская ток по тросу в фазе с изменением положен ия станции на орбите , можно изменять все элементы орбиты без затрат химического т оп лива что даёт новый и весьма экономный способ маневриро вания на орби те . Опи санную электромагнитную тросовую систему можно исполь зовать также для приема и генерации радиоволн и экспериментов с ионо сферной плазмой. Важным для практики применение м тросов в космосе является ис следование верхней атмосферы Земли . Атмосфера на вы соте 100 км недос тупна для непосредственного ис следования ни с самолетов , ни для спутни к ов . Для полета самолетов эти слои слишком разрежены , а для спутни ков — слишком плотны . Зондирующие ракеты могут находиться в этих слоях лишь незнач и тельн ое время . Рассмотрим привязной спутник для негодования атмосферы . Трос длиной около 100 к м соединяет спут ник-зонд с орбитальным самоле том . Орбитальный самолет летит на высоте 200 — 250 км над поверхностью Земли и буксирует спутник-зонд на высоте 110 — 1 3 0 к м . Такой полет может продолжаться довольно долго . Кроме измерения параметров атмосферы на этих высотах возможно также определение аэродинамических характеристик различных моделе й , выпу щенных со спушика-зонда . Это дает ун икальную возможность экспери ме н тального изучения входа в атмосферу перспективных моделей косми ческих аппаратов . Поэтому эту систему называют также "высотной аэро динамическо й трубой ". С низколетящего привязного спутник а-зонда можно получать сним ки Земной поверхно сти с заметно лучшим р азрешением , чем с обыкновен ного спутника . Причем можно д елать стереоскопические снимки , когда одно из ображение получается с зонда , а другое — с орбитального са молета . Спутник-зонд являетс я также средством для тонкого исследова ния гравитационных и магни т ных аномали й и определения коэффициентов при старших гармониках в разложении соответствующих потенц иалов. Для первых экспериментов с атмосферной и электромагнитной ТС на базе орбитального самолета предполагается использовать многослойн ые тросы толщиной 1 — 3 мм и погонно й массой в пределах 1 — 10 кг /км. Выгодным пред ставляется использование тросов для различных транспортных операций в космосе . При традиц ионном способе межорбитальных перемещении рабоче е тело , выброшенное из сопла реактивного д вигателя , безвозвра тно теряется . С помощью длинных тросов можно образовывать временные связки спутников и изменять их орбиты , передавая без потерь энергию и момент количества движения от одного спутника к другому , т.е . используя один из спутников в качестве реактивной массы. Как пока зыв ают расчеты , при рациональной комбинации таки х операций с включе нием реактивного двигател я или электромагнитного тросового двигателя м ожно достигнуть существенной экономии топлива. Рассмотрим схему запуска спутника с о рбитального самолета с п омощью троса . Трос осуществляет передачу спутнику части эне ргии и момента количества движения орбитально го самолета . Это приводит к уве личению ап огея орбиты спутника и уменьшению перигея орбиты самолета , в частности орбитальный са молет может выйти на тра е кторию входа в ат мосферу и возвращения на Зем лю . При отделении последнего топливного бака от орбитального самолета бак не просто сбрасывается , а спускается на длинном тросе , передавая часть своей энергии и момента количества движения орбитальному самолет у и увеличивая тем самым апогей его орбиты . Потерявший скорость топлив ный бак входит в атмосферу и сгорает . По провед енным оценкам , такая схема сброса бака поз волит увеличить грузоподъемность орбиталь ного са молета на 1 ,5 тонны без дополнительных затрат т оплива. Использование длинного троса позволяет ос уществить торможение орбитального самолета без затрат топлива . Для этого с орбитального самолета на тросе в верхние слои атмос феры спускается баллон , который испытывает зн ачительные аэродинамические сопротив ление . На тяжение троса передает эту тормозящую силу орбитальному самолету . После достаточного для посадки снижения скорости баллон отцепляется и сгорает в атмосфере . При использовании крыла вместо баллона можно из менять пло скость орбиты орбитального само л ета , если крыло движется не в плоскости о рбиты , а с боковым смещением , меняющимся в резонан се с орбитальным движением . Эта о перация образно сравнивается с хож дением под парусом , только парус оказывается отнесенным от корабля на 100 км ! Интересный способ маневрирования на орбите возникает при периоди ческом изменении длины троса в резонансе с орбитальным движением . Это приводит к вековой эволюции (правда , очень медленной ) орбиты центра ма сс связки . Если учитывать сплюснутость Земли , то аналогичный эффект н аблюдается и при изменении длины троса на удвое нной орбиталь ной частоте. "Космический эскалатор " . Он сос тоит из неск ольких ступеней - радиальных связок . Запускаемый на высо кую орбиту спутник подлетает к нижнему концу каждой связки и по тро су перетягива ется на ее верхний конец , затем перелетает к следующей связке и та ким образом может быть доставлен , например , на геостационарную ор биту . Постепенное снижени е орбит связок , образующих ступени косми ческо го эскалатора , может компенсироваться путем и спользо в ания тросов как электромагнит ных двигателей , а также частично за счет встречного по тока полезных грузов , возвращае мых с высоких орбит на Землю . По имею щимся оценкам , космический эскалатор позволяет добиться заметной эко номии топлива. Более реальны м , чем земной , представляется лунный "кос мический лифт ". В своем движении вокруг Зе мли Луна остаётся все время повернутой к Земле одной и той же стороной . Это обстоятельство позво ляет прикрепить , например , к обратной стороне Луны космическую стан цию на тросе, вытянутом вдоль линии Земля - Луна . Эта систе ма , по существу , пр едставляет собой вариант радиальной связки . Е ё необычность состоит в том , что одним из тел , соединённых тросом , является естеств енное небесное тело . В отличие от зем ного космического лифта т рос для лу нного лифта , изготовленный из современных выс окопрочных материалов , может иметь весьма скр омные характеристики (средняя погонная масса ~1 кг /км , сечение ~1 мм ^2). Привязной спутник Луны может быть использован не только для обмена грузами с повер х ностью Луны . Факт удержания космической станции за обратной стороной Луны вблизи коллинеарной точки либрации L 2 систе мы Земля — Луна имеет и самостоятельное значение . Как известно , дви жение свободного космического аппарата вблизи точк и L 2 неустойчиво . Во просам активной стабилизации движения кос мического аппарата в окре стности точки L 2 посвящено большое количество работ . В то же время спутн ик , привязанный тросом , в окрестности точки L 2 не требует никакого управления : его стабилизация имеет пассивный ха ра ктер. Подъем грузов с поверхности Луны может осуществляться не только с помощью стационарно закрепленной тросовой системы . Подъём грузов с помощью вращающейся связки двух спутников . Вращатель ное и орбитальное движения связки подобраны так , чтобы в пе рисел ении один из спутников подходил к поверхности Луны с нулевой относительной скоростью и захватывал груз . В апоселении груз отцепля ется и выводится на окололунную орбиту . Трос в этой связке должен иметь длину несколько сотен километров. Высказана оригинальн ая идея использов ания естественных спут ников Марса — Фобоса и Деймоса - в качестве основы для "кос мического эскалатора ". Для этого с Фобоса и Деймоса в направлении к Марсу и от Марса выпускаются тросы длиной несколько тысяч километров . Такая возможность, как и в случае Луны , обусловлена н еизменной ориентацией этих спутников в орбита льных осях , а также слабостью их собственн ого гравитационного поля . Спутник , поднимающий грузы с поверхности Марса , сначала прибы вает на нижний к онец тросовой системы Фобоса , з атем пе редвигается вдоль троса на ее верхний кон ец и перелетает на нижний конец тросовой системы Деймоса . С ее верхнего конца спутник выходит уже на траекторию межпла нетн ого перелета . Система тросов из кевлара по гонной массой ~20 кг /км и общей массой ~300 т дает экономию 10 т топлива на каждом запуске 20 т полезной нагрузки . Конечно , "марсианский эскал атор " — дело завтрашнего дня . Однако уже с егодня марсианская автоматическая стан ция может быть оснащена зондом , выпускаемым на трос е на удаление 50 км от ос н овног о спутника для измерения градиентов параметро в плаз мы и магнитного поля. С той же целью с посадочного аппарата на Фобосе можно разве рнуть гирлянду датчиков , соединенных последовател ьно тросами суммарной длиной 50-60 км при мас се не более 1 кг. Сцепле ние космического аппарата тросом с малыми те лами Солнечной системы авторы предлагают испо льзовать для изменения траектории при близком прилете . Собственное гравитационное поле неб ольшого асте роида недостаточно для совершения гравитационного маневра , но е с ли "загарпунить " астероид с пролетающего космическ ого аппарата , то сила натяжения троса с успехом заменит силу притяжения . После сове ршения маневра трос отцепляется и остается "на память " астероиду. Как уже о тмечалось , современные материалы не позволяют сд елать земной космический лифт с при емлемыми характеристиками . Однако можно сделать его "половину ", т.е . протянуть трос от гео стационарной орбиты не до самой поверхности Земли , а лишь на половину этого расст оя ния . Речь идет о геосинхронной радиальной связ к е , в которой верхний спутн ик находится несколько выше геоста ционарной орбиты , а нижний спутник находится посредине между геоста ционарной орбитой и Землей . Соединительный трос из высокопрочных материалов может иметь в этом случае приемлемую погонную масс у ~1 кг /км (сечение ~1 мм ^2). Привлекательной в этом проекте являет ся возможность иметь геостационарный спутник на высоте , вдвое меньшей высоты геостационарн ой орбиты. Для индустриализации космоса могут потреб оваться большие произ водственные комплексы . На рис . Такой комплекс в виде кольца из большого числа производственных , исследователь ских и жилых модулей , соединенных последовате льно тросами . Такое соединение позволяет расп оложить модули на близком расстоянии друг от друга , что невозможно в свободном по л е те из-за неизбежного рассогласоваги я скоростей и относительного дрейфа соседних модулей , приводящего к их столкновению . В устойчивом кольце связанных тро сами спутник ов такой дрейф не происходит. Имеются и менее грандиозные проекты л окальных "созвездий " сп ут ников и космическ их платформ , стабилизируемых в вертикальном н аправлении гравитационным градиентом , а в гор изонтальном направле нии - вращением или разностью аэродинамических сил. Этот список можно еще продолжить . Тем более , что обсу ждение каж дого вари анта применения тросо вых систем в космосе рождает новые вариан ты : заряд "тросовых " идей еще далеко не исчерпан . Конечно , не все они равнозначны по предоставляемым выгодам , затратам и срокам на реализацию . Так , перспектива применения тросовых систем предст а вляется бол ее отдаленной , чем применение систем с эле ктромагнитным взаимодействием троса или системы с атмо сферным зондом . Тем не менее и сследование динамики этих систем наряду с системами ближайшей перспективы ни в коей мере не является преждевременным. Более того , оно необходимо для глубоко го и всестороннего понимания реальных возможн остей использования тро сов в космосе и с оздания более полного динамического Портрета этого нового класса космических систем. Применение тросовых систем в аэро статах с выно сным баллонетом Аэростат с выносным балл онетом Рассмотренные выше способы и устройства регулирования высоты аэростатов и дирижаблей требуют для своей пра ктиче с кой реализации значительных затрат энергии из бортовых ис точников , если только это не простейшая операция : сброс балласта для п одъема либо выпускание газа для спуска . Мн ого кратные операции “спуск — подъем” легче проводить на боль ших дирижаблях с достаточно мощной бортовой энергетикой , ч ем на автоматических аэростатах малой грузопо дъемности . Это приводит к необходимым поискам других , менее энергоем ких способов регулиров ания высоты . В то же время проблема эн ергоисточников с высокими удельными пока з ателями остает ся самостоятельной задачей. Рассмотрим сп особ регулирования высоты аэростата при помощ и выносно го баллонета . Физической основой су ществования такого способа является наличие г радиента плотности газа в ат мосфере любой планеты . Сущность спо соба легко понять из схем , представлен ных на рисисунках. В гондоле аэростата-носителя с объ емом оболочки v 0 размещается лебёдка , на барабан к оторой намотан трос дли ной L тр . На конце троса п рикреплена другая гондола с оболочкой V1 .Обозна чим вес аэрост ата-носителя Go, вес вынос ного малого аэростата (выносного балло нета ) g1. В первый момент вся система на ходитс я на некоторой равновесной сред ней высоте Нср . или высоте исходного дрейфа (рис .). З атем оболочку V 1 начинаем опускать на тросе , что не трудно выполнить , поскольку подъем ная сил а F1 в это т момент меньше веса G 1 выносной конструкции с баллонетом. На некоторой высоте Н срабатывает система заполнения объема баллонета подъемным газом , появляется подъемная сила f 1 . П о мере спуска плотность атмосфер ы уве личивается , следовательно , возрастает подъемная си ла F 1 , компенсирующая часть веса , и аэростат-носитель поднимается вв ерх . Регулиро вание высотой выносного баллонета позволяет регулировать высоту основного аэрост ата-носителя , брать пробы газа аппа рат урой , установленной в гондоле баллонета , а пер егревшуюся гондолу с научной аппаратурой пери одически поднимать для охлаждения в верхние , более холодные слон атмосферы . Представляет интерес исследовать возможность оригинального решения проблемы энергоснабже н ия а ппаратуры аэростата-носителя за счет аккумулирова ния тепла при опускании вы носного баллонета в горячие слои атмосферы , отдачи тепла и его преобразования в тепловой машине в верхних слоях ат мосферы . Однако все это требует определения весовых соот нош е ний элементов данной системы. При расчете наиболее простым является случай , когда о бъем выносного баллонета постоянный , т . е. V = const. Однако ре ализация этого варианта выполнения баллонета весьма затруд нительна . По этому рассмотрим случай , когда постоя нной яв ляется масса газа в объеме выносного баллонета , т . е . Т 1= const. Будем считать , что вес гондолы и конструкции основного аэростата Go, объем V о = const обеспечивает подъемную силу I Fcp, которая удерживает всю систему в начальный момент на уровне ис ходного дрейфа Нср . Объем троса н е сказывается на величине силы Fcp. В качестве подъемного газа в обеих оболочках использу ется водород . При принятых обозначениях и заполненном (выполненном ) баллонете на высоте H ср уравне ние равновесия сил , действующих на систе му в проекции на вертикальную связь , запиш ем в виде G 1 +G 0 =Fcp+F 1 (H), (IV. 12) где Fcp = [p a (Н ) — р в ] ср Vog (Н ) — архи медова сила на уровне исходного дрейфа ; F1 (Н ) = [р a (Н ) — р в ]1 V 1 g (Н ) — архимедов a сила выполненного баллон ета ; р а ( Н )=р (Н )/ Rа T (Н ), рв =p(H)/RвТ (H) — плотность газа с оответственно атмосферы и водорода в баллонет е. В случае , когда в выносном баллонете постоянной явля ется масса подъемного газа , при анализе из менения подъемной силы следует учитывать , что во время спуска в ниж ние слои выносной баллонет силами внешнего давления будет изменять свой объем . Обозначим объем заполненного баллонета на высоте , где его подъемная сила равна общему весу констру кции G1, через V1 . Этот объем должен быть минимальным , поскольку при подъеме вв ерх расширение газа не должно привест и к разрыву оболочки баллонета . Следовательно , на некоторой наименьшей высоте Н объем баллонета равен V1. Газ внутри него имеет одинаковые с внешней средой температуру и давление , т . е . находится с ней в термодинамическ ом равновесии . Исх одя из этих предпосылок рассчитаем параметры баллонета . Подъемная сила баллонета F1=V1[p a (H)-p в ]g(H). (IV. 13) Вес всей выносной конструкци и слагается из веса научной аппаратуры G 2 , оболочки баллонета G 3 и по дъемного газа G 4 т . е. С 1 =С 2 +Сз +С 4 . (IV. 14) В положении равновесия F 1 = G 1 , или V 1 [p 1a ( H ) – p 1 в ]g(H)=(m 2 + m 3 + m 4 ) g ( H ). (IV. 15) Поскольку V 1 = m 4 / р 1в , уравнение (IV. 15) запишем в виде P 1a (H)/p 1 в -2=m 2 /m 4 +m 3 /m 4 (IV 16) Масса научной аппаратуры остает ся неизменной , т . е . m 2 /m 4 = const, поэтому , варьи руя отношения p 1a (Н )/р 1в и m 3 /m 4, можно выбирать необх одимые параметры , задавая другие . Однако следу ет отметить след ующее обстоятельство . При подъе ме вверх выносного баллонета аэростата- носителя , переходя щего при этой вариации на некоторую высоту H ср , газ в баллонете будет расшир яться до объема V 2 . Чтобы стенки не были напряженными , у баллонета должен быть предусмотре н избы точный объем , т . е. V 2 > V 1 . При постоянной массе г аза m 4 его объем при термод инамических параметрах высоты H ср . составит : V 2 = m4/p ср. R в T ср. Следовательно , увеличение объема определяет ся выражением v=v 2 -v 1 =m 4 R в (IV. 17) Это , в с вою очередь , приведет к увеличению веса об олочки на величину G з . Если массовая плотность материала оболочки п остоянна и равна р к , то , представляя баллонет в виде круго вого цилиндра , добавку веса допо лнительно го объема можно определить как G з = dL p к g (1 V. 18) где L — высота дополнительного цилиндрического объ ема ; — толщина материала оболочки ; d — диаметр цилинд ра. Поскольку для кругового цилиндра v = d^2/4L , вы ражение (IV. 18) можно преобразовать к виду G з =4 p к v g/d . (IV. 19) Таким образ ом , с учетом увеличения веса оболочки необ хо димо в уравнении (IV. 16) массу оболочки записыва ть как сумму масс оболочки для положения равновесия и величины m 3= G з / g. Од нако увеличение массы (соответственно веса ) обо лочки приведет к необходимости ум еньшения величины m 2 /m 4 если высоту нижнего равновесия оставим прежней . В против ном случае для определени я параметров баллонета следует использовать м етоды последовательного приближения. Т а б л и ц а 5 Показа тель Высокомодульные волокна Стальная п роволока Капрон Прочность на разрыв , Па (2 З ) * 10 ^9 3 * 10 ^9 3,2 * 10 ^9 (3,2 4) * 10 ^9 — удлинение , % 2 — 4 1 — 4 1 — 3 — 8 — 15 Моду ль упруго сти , Па (I0/15)* 10^10 (11 / 15) * 10^10 (6/7.5)* 10 ^10 (5 / 5 .5 ) * 10 ^10 — Плотност ь , кг /м ' 1300 — 1430 1350 2550 7800 1350 Число двойных изгибов , цикл 3000 — 200 — 250 20 8000 — 12000 Рабочая темпе-ратура , К 523 573 773 773 393 Исходя из необходимости п ервоочередного исследования об лачного покрова планеты , выносной баллонет должен Опус каться до высоты (30 40) *10^3 м . В диапазоне высот (30 56)-10^ 3 м ветры имеют различную скорость , перепад тем пе ратур достигает 130 °С , плотность и вяз кость среды также изменяются . Все эти фак торы приводят к тому , что выносной баллоне т становится своеобразным аэроди намическим тормо зом , увеличивающим усилие , действующее на трос . В случае , если на этих высотах буду т развиваться турбулентности и поры вы ветра , у системы баллонет — носи тель появится путевая раскачка . Возможны и про дольные (по высоте ) колебания , увеличивающие на грузку на тросовую под веску . Однако , как б ыло показано выше , такие колебания в довол ьно пло т ной атмосфере Венеры быст ро затухают . Харак теристики прочностных свойств тросов из различных материа лов приведены в табл . 5. Видно , что наибольший интерес п редставляют высокомодульные волокна , которые по всем парамет рам могут обеспечить подвеску баллон е та на длине троса примерно 20*10 ^ 3 м. Для определен ия предельной длины троса в системе носи тель — баллонет находим максимальное напряже ние в сече нии троса , когда отсутствуют ры вки и подъем груза вверх рав номерный . Наи более напряженным является сечение в на чале троса . Сила , действующая на трос , слаг ается из веса выносного баллонета G 1 , вес а сматываемого троса G тр , подъемной силы баллонета F 1 , воз растающей при подъеме на величину инер ционно й силы F ин и силы аэродинамическо го сопротивле ния F R . Таким образ ом , при спуске действующая на трос сила опи сывается выражением F тр = G 1 + G тр - F 1 . ( IV .21) где G тр = р тр L тр S тр ; F 1= V 1 [ p 1 a ( H ) – p 1 a ] g ( H ), напряжение в этом случае cxv ^2 = G 1 + G тр - F 1/ S тр ( IV .22) Здесь S тр - поперечное сечени е троса ; р тр — плотность м ате риала троса. При подъеме с ускорением а инерционная сила F ин = а ( m 1 + m тр ); аэродинамическое сопротив ление F R =0,5 C x v ^2 p a ( H ) S , где S — поверхность выносного баллонет а ; v — скорость подъема. Следовательно , в момент ускоренного п одъема напряжени е в наиболее опасном сечении троса = G 1 + G тр - F 1+ F ин + F R / S тр ( IV .23) Предельную дл ину троса для квазистатического состояния под вески можно определить из уравнения (IV.22) L тр =1/ p тр *( - G 1 / S тр + F 1 / S тр ). Для определен ия возможностей аэростата с выносным баллонет ом произведём численные оценки параметров сис темы . Допустим , что вес G 1 = 1000 H. Глубина погружен ия (нижний уровень ) H 1 =30 * 10^ 3 м , уровень дрей фа аэростата-носителя H ср = 50*10^ 3 м . Определим параме тры системы , если оболоч ка выносного баллонет а выполнена из пластика толщиной 40*10:-6 м , пло тностью 2*10 ^ 3 кг /м ^3 ; диаметр оболочки d = 1 м. Параметры атмо сферы Венеры : 1) для высоты H ср = 50х 10 ^3 м температу ра Т c р = 350 К , давление р с р =1,275 х 10^5 Па , плотность р ср а ( H )=1,932 кг /м ^3 , р в = 8,844х 10 ^ -2 кг /м ^ 3 ; 2) для высоты H 1 = 30*10^ 3 температура T 1 =492 К , давление p 1 == 9,35 * 10^ 5 Па , плотност ь p 1 a (Н ) = 9,95 кг /м ^ 3 , р 1в == 4,61 * 10 ^-1 кг /м ^ 3 . Газовая постоянная во дорода R в == 4118,8 Дж /(к г *К ). Ускорение свободного паде ния g (Н ) = 8,87 м /с ^2 . Расчет пара метров баллонета . Исходя из пр инятых дан ных , объем баллонета в равновесии V 1 = F 1 /[ p 1 a (Н ) - p 1 в ] g(Н ) = 11,9 м ^ 3 ; масса водорода в баллонете m 4 = V 1 p 1 в = 5,4 85 кг ; дополнительный объем v = m 4 R в х ( T cp / p cp - T 1 / p 1) = 50,1 м ^ 3 ; общий объем баллонета V 2= V 1+ v = 62 м ^3 ; масса m 3 = ( d ^2/2+4 v 1 / d ) p к =3,9 кг ; масса дополнительного объема m 3 = 4 p к v / d = 16,1 кг . Следователь но , m 3+ m 3= 20 кг. Из уравнения (IV. 16) следует , что безразмерная масса н а учной аппаратуры и гондолы не должна прев ышать вели чины m 2 /m 4 =p 1a (H)/ p 1 в -2-(m3+ m 3 )/m 4 Практически во всем диапазоне высот в атмосфере Венеры отношения пло тностей атмосферы и водорода p 1 a ( H )/ p 1 в = 21,5 с точностью до десяты х . Следовательно , m 2 / m 4= 19,5 -( m 3+ m 3 ) / m 4 откуда m 2 / m 4= 15,9; масса научной аппаратуры m 2 = 15,9 m 4 = 87 кг . Таким образом , общая масса выносного баллонета m 1 = m 2 + m 3 + m 4 112,5 кг. Начальное усл овие G 1 == 1000 Н дает массу m 1 G 1 / g (Н ) = 112,7 кг , расхождение с вычисленной составляет 0,2 кг (1,77 Н ), или 0,2 % заданного значения силы F 1 . Расчет парамет ров аэростата-носителя . Для численных оценок п ринимаем : начальная масса собственно аэростата-нос ителя m 0 = 100 кг ; общая масса системы m 0 + m 1 = 212,7кг (или вес системы G 0 + G 1 =1887 Н ). Следовательно , объем оболочки на H ср =50-10^ 3 м составляет : V 0 = F ср /[ p а (Н ) - p в ] ср g (Н )=115,4 м ^3 . Если объем сферический , то его радиус r s 3м . Массовая плотность собственно аэростата-носителя р ан = m 0 / v 0= 0,866 кг /м ^3 .
1Архитектура и строительство
2Астрономия, авиация, космонавтика
 
3Безопасность жизнедеятельности
4Биология
 
5Военная кафедра, гражданская оборона
 
6География, экономическая география
7Геология и геодезия
8Государственное регулирование и налоги
 
9Естествознание
 
10Журналистика
 
11Законодательство и право
12Адвокатура
13Административное право
14Арбитражное процессуальное право
15Банковское право
16Государство и право
17Гражданское право и процесс
18Жилищное право
19Законодательство зарубежных стран
20Земельное право
21Конституционное право
22Конституционное право зарубежных стран
23Международное право
24Муниципальное право
25Налоговое право
26Римское право
27Семейное право
28Таможенное право
29Трудовое право
30Уголовное право и процесс
31Финансовое право
32Хозяйственное право
33Экологическое право
34Юриспруденция
 
35Иностранные языки
36Информатика, информационные технологии
37Базы данных
38Компьютерные сети
39Программирование
40Искусство и культура
41Краеведение
42Культурология
43Музыка
44История
45Биографии
46Историческая личность
47Литература
 
48Маркетинг и реклама
49Математика
50Медицина и здоровье
51Менеджмент
52Антикризисное управление
53Делопроизводство и документооборот
54Логистика
 
55Педагогика
56Политология
57Правоохранительные органы
58Криминалистика и криминология
59Прочее
60Психология
61Юридическая психология
 
62Радиоэлектроника
63Религия
 
64Сельское хозяйство и землепользование
65Социология
66Страхование
 
67Технологии
68Материаловедение
69Машиностроение
70Металлургия
71Транспорт
72Туризм
 
73Физика
74Физкультура и спорт
75Философия
 
76Химия
 
77Экология, охрана природы
78Экономика и финансы
79Анализ хозяйственной деятельности
80Банковское дело и кредитование
81Биржевое дело
82Бухгалтерский учет и аудит
83История экономических учений
84Международные отношения
85Предпринимательство, бизнес, микроэкономика
86Финансы
87Ценные бумаги и фондовый рынок
88Экономика предприятия
89Экономико-математическое моделирование
90Экономическая теория

 Анекдоты - это почти как рефераты, только короткие и смешные Следующий
- Господин полицейский, как раскрыть преступление?
- Определить "кому выгодно".
- А если это выгодно очень высокопоставленным лицам?
- Тогда мы и раскроем так, как выгодно этим лицам...
Anekdot.ru

Узнайте стоимость курсовой, диплома, реферата на заказ.

Обратите внимание, реферат по астрономии, авиации, космонавтике "Тросовые системы в космосе", также как и все другие рефераты, курсовые, дипломные и другие работы вы можете скачать бесплатно.

Смотрите также:


Банк рефератов - РефератБанк.ру
© РефератБанк, 2002 - 2016
Рейтинг@Mail.ru