ЭКСПЕРИМЕНТ ПО ИЗУЧЕНИЮ ВЕРХНИХ СЛОЁВ АТМОСФЕРЫ С ПОМОЩЬЮ ТРОСОВОЙ СИСТЕМЫ НА БАЗЕ ТГК «ПРОГРЕСС»

ЭКСПЕРИМЕНТ ПО ИЗУЧЕНИЮ ВЕРХНИХ СЛОЁВ АТМОСФЕРЫ С ПОМОЩЬЮ ТРОСОВОЙ СИСТЕМЫ НА БАЗЕ ТГК «ПРОГРЕСС»

© Д.М.Аюкаева, М.Ю.Беляев, В.Я.Геча, Э.Я.Геча, Т.В.Матвеева
© Государственный музей истории космонавтики им. К.Э. Циолковского, г. Калуга
Секция "Проблемы ракетной и космической техники"
2017 г.

С целью изучения характеристик и возможностей МКС для выполнения исследований на ней проводятся специальные технические эксперименты [1]. Один из космических экспериментов (КЭ) «Изгиб» направлен на выработку новых методов и технологий проведения исследований. Интересные возможности связаны с использованием транспортных грузовых кораблей (ТГК) для проведения исследований после выполнения ими своих основных функций [2, 3]. Одно из таких исследований направлено на изучение верхних слоев атмосферы, недоступных ранее для длительного изучения контактными методами [4, 5]. Предлагаемый эксперимент заключается в выпуске троса с массивным концевым телом в ходе автономного полёта ТГК и реализуется следующим образом.

После доставки на станцию непосредственно перед началом эксперимента экипаж переводит изделие «Небесный трал» в рабочее положение, не выходя в открытый космос. Эксперимент начинается после отстыковки корабля от станции и перевода его на низкую орбиту (высота ~180...200 км). Капсула выталкивается пружинными толкателями и отходит от корабля, сначала вытягивая за собой из безынерционной катушки начальный участок троса с небольшим сопротивлением. Затем начинается регулируемый выпуск основной части троса. По окончании развертывания тросовая система должна занять на орбите положение, близкое к устойчивому вертикальному, с некоторыми остаточными маятниковыми и продольными колебаниями допустимой амплитуды. Развернутая тросовая система будет совершать орбитальный полёт, постепенно снижая свою орбиту под действием сопротивления атмосферы. Причём желательно, чтобы зонд летел как можно дольше на самой меньшей высоте.

Будут исследоваться темп снижения орбиты, маятниковые, поперечные и продольные колебания троса, взаимодействие капсулы с набегающим потоком воздуха и другие физические явления. На высоте около 165-170 км тросовая система будет разделена отрезанием троса от корабля, после чего корабль будет затоплен в заданном районе океана.

Капсула снабжается специальными аэродинамическими стабилизаторами. Стабилизаторы обеспечивают устойчивость капсулы и создают составляющую силы, направленную в сторону Земли, что обеспечивает надёжное развертывание троса. Контроль развёртывания троса и полёта капсулы в ней должен осуществляться с помощью существующих навигационных средств. В качестве научной аппаратуры (НА) в капсуле размещается масс-спектрометр, зонд Ленгмюра и др. оборудование.

В предлагаемом космическом эксперименте в качестве троса впервые предполагается использовать кабель-трос, на который возлагается функция обмена информацией между компонентами тросового модуля, установленными на ТГК «Прогресс», и капсулой; в качестве среды для передачи информации предполагается использовать оптическое волокно как обеспечивающее наибольшую защиту передаваемой информации от внешних электромагнитных полей.

При разработке технических средств для планируемого эксперимента будет использоваться опыт создания системы управления подвижными объектами по волоконно-оптической линии связи (до настоящего времени – единственный в стране) [6].

Литература

1. Беляев М.Ю. Изучение характеристик и возможностей орбитальной станции для выполнения исследований в рамках программ технических экспериментов на Международной космической станции // Сборник статей под редакцией В.П. Легостаева, М.Ю. Беляева. Ракетно-космическая техника. Серия XII. Выпуск 1-2, РКК «Энергия» им. С.П. Королева, г. Королёв, 2011 г., с. 45-50.

2. Matveeva T.V., Belyaev M.Yu., Tsvetkov V.V. Challenges and Perspectives of Transport Cargo Vehicles Utilization for Performing Research in Free Flight // Acta Astronautica 94 (2014), 139-144.

3. Беляев М.Ю., Легостаев В.П., Матвеева Т.В., Монахов М.И., Рулев Д.Н., Сазонов В.В. Отработка методов проведения экспериментов в области микрогравитации в автономном полёте грузового корабля «Прогресс М-20М» // Журнал «Космическая техника и технологии», № 3, 2014, с. 22-32.

4. Беляев М.Ю., Матвеева Т.В. Способ зондирования верхней атмосферы // Патент на изобретение № 2567998, № заявки 2014112734 от 01.04.2014 г.

5. Беляев М.Ю., Осипов В.Г., Сурин Д.М., Цветков В.В., Шошунов Н.Л. Экспериментальная тросовая система с атмосферным зондом // Труды 41 Научных чтений К.Э. Циолковского, Калуга, 12-14 сентября 2006 г. Секция «Проблемы ракетной и космической техники». Казанский государственный университет, Казань, 2007, с. 150-163.

6. Ларин Ю.Т., Геча Э.Я., Геча В.Я., Хлапов А.А., Любан И.Б., Черкас Я.А. Сматываемая волоконно-оптическая линия передачи для телеизмерений и управления подводными движущимися объектами // Журнал «Фотон-экспресс», № 6 (46), 2005, с. 57-62.