ПОВЫШЕННЫЙ УРОВЕНЬ ЭКСПЛУАТАЦИОННОГО УДАРНОГО НАГРУЖЕНИЯ МАЛОРАЗМЕРНЫХ КОСМИЧЕСКИХ АППАРАТОВ

© О.Г.Деменко
© Государственный музей истории космонавтики им. К.Э. Циолковского, г. Калуга
Секция "Проблемы ракетной и космической техники"
2017 г.

Новым перспективным направлением развития космической техники является создание малоразмерных космических аппаратов (МКА). Новые технологии, развитие микроэлектроники, появление новых конструкционных материалов позволили снизить массу и размеры блоков бортовой аппаратуры и конструкции космического аппарата (КА). К достоинствам МКА относятся снижение стоимости его разработки, запуска и эксплуатации, расширение его функциональности и срока службы. Это определяет высокий интерес к его эксплуатационным свойствам, в том числе, – к ударной прочности.

В настоящее время подавляющее число МКА имеют однотипную с традиционными КА систему отделения пиротехнического или детонационного типа, которая при срабатывании оказывает импульсное ударное воздействие на конструкцию и оборудование КА. Наибольшую опасность эти нагрузки имеют для оборудования КА. Как показывает имеющийся опыт разработки и запуска МКА [1], уровень ударного нагружения объектов МКА получается выше, чем у традиционных КА: до 2,5...5 раз по уровню пикового временного ускорения и максимального значения ударного спектра ускорений в районе узлов крепления блоков аппаратуры; более широким получается диапазон частот ударной нагрузки – область максимальных ускорений сдвигается с 2…3 кГц до 6...8 кГц. Является ли такое повышение ударного нагружения неизбежным и что можно предпринять в сложившейся ситуации?

Анализ особенностей ударного нагружения соединяемых тел [2] показывает, что при переходе через болтовое соединение происходит значительное снижение уровня ускорений отклика на ударное воздействие в высокочастотном диапазоне ударного спектра. В зависимости от жёсткости соединительной связи это снижение уровня ускорений может составлять от 8 до 30 дБ. В типовой конструкции МКА расстояние от узлов системы отделения до блоков аппаратуры по сравнению с традиционными КА существенно уменьшается с 2.0…2.5 м до 0.1…0.5 м, но, самое главное, уменьшается количество соединительных стыков, проходимых ударным импульсом, с 4…5 до 1…2. Это связано с отсутствием в конструкции МКА разного рода переходных ферм, адаптеров, кронштейнов и других промежуточных элементов.

Приближение центра ударной нагрузки к узлам крепления приборов и снижение количества соединительных стыков делает повышение эксплуатационного уровня ударного нагружения оборудования МКА объективным и закономерным. Снижение величины ударного воздействия при срабатывании системы отделения за счёт уменьшения достигнутой минимальной рабочей массы взрывчатого вещества практически невозможно из–за недопустимого снижения надёжности работы пиромеханизмов. Использование демпферов в узлах крепления приборов и КА также небеспроблемно. Поэтому при проектировании МКА необходимо закладывать в требования к бортовой аппаратуре повышенный уровень ударного эксплуатационного нагружения. На основе проведенных исследований предлагается типовой ударный спектр, задающий эксплуатационное ударное нагружение объектов МКА в диапазоне частот 0,1…10 кГц и имеющий максимальное значение ускорения 5000 g на частотах 5…10 кГц.

Литература

1. Деменко О.Г, Михаленков Н.А. Особенности ударного нагружения объектов оборудования малоразмерных космических аппаратов. Актуальные вопросы проектирования автоматических космических аппаратов для фундаментальных и прикладных научных исследований. Химки, ФГУП "НПО им. С.А. Лавочкина", 2015, с. 209-215.

2. Бирюков А.С., Деменко О.Г, Михаленков Н.А. Влияние жёсткости соединительной связи на передачу продольной ударной нагрузки через болтовое соединение тел // Вестник "НПО им. С.А. Лавочкина", 2017, № 1, с. 53-63.