Космическая академия - читать бесплатно онлайн полную версию книги автора Георгий Тимофеевич Береговой (Академические будни) #5

Академические будни

Практика освоения космического пространства выдвинула целый комплекс сложных теоретических задач, решение которых было осуществлено с участием широкого круга специалистов из различных областей науки и техники. Достигнутые успехи по решению практических задач космического полета, в свою очередь, были использованы для дальнейшего развития теоретических основ космонавтики и космической техники.

Приобретение знаний, составляющих основу профессии космонавта, осуществляется на этапе общекосмической подготовки. Слушателям излагаются основы процессов и явлений, с которыми в будущем им предстоит столкнуться в космическом полете. У будущих космонавтов целенаправленно формируется концепция испытателя и исследователя, знания которого соответствуют уровню современного научно-технического прогресса.

На этапе общей инженерно-технической подготовки кандидатов в космонавты изучаются следующие дисциплины.

1. Теория полета космических аппаратов.

2. Системы управления пилотируемых космических аппаратов (ПКА).

3. Космическая навигация.

4. Основы вычислительной техники.

5. Ракеты-носители, ПКА и орбитальные станции.

6. Основы наук исследования Земли из космоса и проведения экспериментов в космических полетах.

7. Бортовые системы ПКА и орбитальных станций.

8. Стартовый комплекс.

Каждой из этих дисциплин посвящены многие тома научной литературы. В ходе изложения теоретических основ космонавтики слушателям раскрываются те разделы перечисленных дисциплин, которые относятся непосредственно к процессам, сопровождающим космический полет на всех его этапах. Естественно, что раскрытие всех аспектов этих процессов не является предметом настоящей книги. В литературе нередко встречаются общие высказывания о том, что от космонавтов требуются глубокие, разносторонние, специальные и другие знания без раскрытия их сущности.

Планетарий Центра подготовки космонавтов

Более или менее полное представление об уровне теоретических знаний, необходимых космонавтам, дает даже простое перечисление основных разделов и вопросов, изучаемых по каждой дисциплине (табл. 1—8). Такое перечисление не является программой общекосмической подготовки кандидатов в космонавты, а отражает лишь направления, по которым непрерывно идет у них совершенствование инженерно-технических знаний.

Таблица 1. Теория полета космических аппаратов (КА)

№ по пор.	Основные разделы	Основные вопросы
1	Основы теории реактивного движения	Силы и моменты, действующие на ракету-носитель. Основные параметры, характеризующие движение. Одноступенчатые и многоступенчатые ракеты-носители. Пути достижения космических скоростей
2	Динамика полета на участке выведения	Уравнения движения. Активный участок траектории. Скорость КА в конце участка выведения. Оптимизация траектории подъема. Приближенное решение уравнений плоского движения
3	Динамика орбитального полета ПКА	Невозмущенное движение КА. Траектория полета. Уравнение Кеплера. Элементы орбит. Определение параметров движения через элементы орбиты. Годограф скорости в кеплеровом движении
4	Возмущенное движение КА	Уравнения движения. Влияние сопротивления воздуха на движение КА. Возмущающее влияние планет. Солнца и давления солнечного света. Влияние аномалий силы тяжести Движение КА относительно земной поверхности
5	Выбор и определение параметров орбит КА	Выбор формы, наклонения и высоты орбиты. Выбор времени запуска КА. Определение параметров орбит КА. Оценка точности. Прогнозирование движения КА. Эволюция орбит под влиянием внешних тел
6	Коррекция орбит КА	Классификация способов коррекции. Выбор корректируемых параметров. Трехпараметрическая коррекция. Двухпараметрическая коррекция. Однокомпонентная коррекция. Многоразовая оптимальная коррекция
7	Орбитальное маневрирование КА	Виды орбитальных маневров. Одноимпульсный орбитальный переход. Многоимпульсные маневры. Аэродинамический маневр. Поворот орбитальной плоскости. Боковой аэродинамический маневр перед спуском
8	Сближение КА на орбите	Маневры, обеспечивающие выход КА на орбиту встречи Монтажные орбиты. Относительное движение. Автономное сближение. Наведение на конечном участке встречи. Оценки энергетических затрат
9	Динамика вращательных движений КА	Дифференциальные уравнения вращательных движений КА как твердого тела и как системы твердых тел. Внутренние и внешние моменты, действующие на КА. Гравитационный момент. Аэродинамический момент
10	Динамика спуска КА на поверхность Земли	Траектории спуска КА на поверхность Земли. Внеатмосферный и атмосферный участки спуска. Баллистические траектории спуска. Подъемная сила и ее влияние на замедление спуска КА в атмосфере

Таблица 2. Системы управления пилотируемых космических аппаратов (ПКА)

№ по пор.	Основные разделы	Основные вопросы
1	Назначение и принципы построения систем управления ПКА	Задачи и классификация систем управления ПКА. Человек-оператор в системе управления ПКА. Базовая и связанная системы координат. Углы Эйлера. Матрица направляющих косинусов и свойства матрицы преобразований
2	Системы ориентации ПКА	Системы автоматической и ручной ориентации ПКА. Ориентация ПКА при маневрировании на орбите. Методы и системы пассивной стабилизации. Гравитационная стабилизация. Стабилизация вращением. Активные системы ориентации с реактивными двигателями
3	Системы управления движением центра масс ПКА	Системы управления сближением и причаливанием. Системы управления снижением в атмосфере и мягкой посадкой. Принципы построения и управления системой приземления
4	Элементы систем управления ПКА	Измерительные устройства. Гироскопические устройства. Акселерометры. Оптические визиры и астрономические измерительные устройства. Инфракрасные и радиолокационные измерители. Органы ручного управления ПКА
5	Динамика процессов управления ПКА	Управление угловым движением ПКА. Оптимальное управление поворотными маневрами. Динамика процессов стабилизации при использовании импульсной системы ориентации
6	Управление движением центра масс ПКА	Динамика систем управления орбитальными маневрами. Динамика управления сближением при непрерывной и импульсной тягах. Возможные способы приборной реализации законов управления

Таблица 3. Космическая навигация

№ по пор.	Основные разделы	Основные вопросы
1	Задачи космической навигации	Навигационные элементы полета КА. Элементы орбиты. Текущие географические координаты, скорость орбитального движения, путевая скорость, путевой угол, текущая высота полета, высота в перицентре и методы их вычисления через элементы орбиты. Кинематика изменения орбиты
2	Системы космической навигации	Способы получения навигационной информации. Радиотехнические и астрономические системы навигации. Принципы инерциальной навигации. Астрономическая коррекция систем инерциальной навигации. Совместная астродопплеровская коррекция
3	Астрономическая навигация	Астрономические ориентиры. Земля и околоземное пространство. Созвездия. Условия наблюдения астроориентиров в космическом полете и факторы, искажающие их положение на небесной сфере. Системы координат
4	Законы видимого движения небесных светил	Видимое движение звезд. Солнца, Луны и планет на небесной сфере. Изменение горизонтальных и орбитальных координат светил в космическом полете. Единицы измерения времени в астрономии. Система единого времени
5	Астрономические средства ориентации и навигации ПКА	Космические секстанты. Конструкция, оптические схемы и технические характеристики типовых астроприборов. Методики работы с астрономическими средствами ориентации и навигации
6	Космическая картография	Системы координат на земной поверхности. Форма и размеры Земли. Геодезические и астрономические координаты. Карты, применяемые в космической навигации. Методика расчета и прокладки трасс ПКА на картах

Таблица 4. Основы вычислительной техники

№ по пор.	Основные разделы	Основные вопросы
1	Вычислительные устройства (ВУ)	Назначение и использование ВУ в системах автоматического и телемеханического управления. Типы ВУ. Машины и устройства непрерывного и дискретного действия. Сравнительные характеристики ВУ. Гибридные системы
2	Аналоговые вычислительные машины (АВМ)	Принципы построения. Выполнение математических операций с помощью электрических, электромеханических и электронных схем. Операции суммирования, дифференцирования и интегрирования. Множительные и делительные устройства. Применение АВМ для моделирования процессов в системах, описываемых обыкновенными дифференциальными уравнениями. Элементы программирования на АВМ
3	Цифровые вычислительные машины (ЦВМ)	Принципы построения. Классификация ЦМВ, универсальные, специализированные и управляющие. Логические схемы ЦВМ. Одно-, двух-, трехадресные машины. Арифметические основы ЦВМ. Представление информации в машине и программе. Программирование. Технические характеристики современных ЦВМ
4	Бортовые вычислительные комплексы (БВК) современных ПКА	Задачи, решаемые БВК. Технические требования, предъявляемые к БВК. Основные характеристики БВК. Бортовые цифровые вычислительные машины (БЦВМ). «Оператор— БЦВМ» в контуре управления ПКА

Таблица 5. Ракеты-носители, ПКА и орбитальные станции

№ по пор.	Основные разделы	Основные вопросы
1	Ракеты-носители (РН)	Классификация РН. Компоновочные, силовые и конструктивные схемы. Аэродинамическая и внутренняя компоновки. Характеристики РН. Управляемость, надежность и безопасность. Устройство РН. Корпус. Баки. Конструкция трубопроводов пневмогидравлических систем
2	Двигательные установки (ДУ)	Области применения различных типов ракетных двигателей. Основные параметры и требования к ДУ в зависимости от назначения. Компоненты топлива ДУ, их особенности. ДУ системы аварийного спасения
3	Проектирование ракет-носителей	Основные этапы и порядок проектирования РН. Принципы компоновки многоступенчатых РН. Выбор числа ступеней и компонентов топлива. Конструкция ДУ первой, второй и третьей ступеней. Топливная система. Дренажная система. Система наддува баков. Органы управления РН
4	Типы ПКА	Задачи, решаемые ПКА различного типа. Этапы и схемы полета. Факторы космического полета и их воздействие на конструкцию, системы ПКА и экипаж. Назначение и основные характеристики бортовых систем ПКА
5	Спускаемые аппараты (СА)	Задачи СА и физические условия спуска в атмосфере Земли. Бортовой комплекс СА. Система теплозащиты и посадки СА. Аппараты баллистического, планирующего и скользящего спуска
6	Орбитальные станции	Задачи, решаемые пилотируемыми орбитальными станциями. Компоновка отсеков станции. Бортовые системы. Бортовой комплекс управления станцией

Таблица 6. Основы наук исследования Земли из космоса и проведения экспериментов в космических полетах

№ по пор.	Основные разделы	Основные вопросы
1	Физическая география, геодезия и картография	Строение Земли и особенности рельефа поверхности суши и дна океанов. Вода и атмосфера. Зонально-типологическая классификация ландшафтов земного шара. Составление ландшафтных карт. Картографирование природных ресурсов Земли. Задачи и методы космической геодезии. Аппаратура, применяемая для географических, геодезических и картографических исследований
2	Космическая геология	Изучение природных ресурсов Земли с помощью космической техники. Методы и аппаратура. Выявление месторождений полезных ископаемых. Изучение динамики тектонических процессов и трещинообразований земной поверхности. Создание космотектонических карт поверхности Земли. Оценка сейсмической и вулканической деятельности
3	Гидрология, океанология, океанография и рыболовство	Физико-химические свойства, термический и ледовый режим Мирового океана. Изучение гидрографических явлений, фронтов морских и океанских течений. Ледовая обстановка. Выявление косяков рыбы и скоплений промысловых животных. Поиск грунтовых вод в районе пустынь и степей, оценка запасов воды. Контроль и прогнозирование паводков и наводнений
4	Метеорология, биосфера, земледелие и охрана окружающей среды	Особенности космической метеорологии. Применяемая аппаратура и ее основные характеристики. Многозональные методы исследования биосферы. Изучение закономерностей географического распространения почв и их эрозии. Изучение растительного покрова. Обнаружение лесных пожаров. Оперативная оценка степени созревания зерновых культур, урожайности и засоренности. Оценка загрязненности акваторий и воздуха в различных районах. Контроль сброса сточных вод
5	Космическая технология	Основы космического материаловедения. Особенности поведения веществ в условиях космоса (невесомость, вакуум и т. п.). Процессы тепло- и массопереноса. Поведение свободной поверхности жидкостей и расплавов в невесомости. Особенности кристаллизации металлов, сплавов и бинарных систем. Методы получения монокристаллов. Эпитаксильное наращивание пленок. Термодинамика жидкости в сосуде в состоянии невесомости
6	Космическая металлургия, материаловедение и фармакология	Получение композиционных материалов и сплавов со специальными физическими свойствами. Полупроводниковые материалы. Оптическое стекло и керамика. Особенности технологии производства стекла в невесомости. Медико-биологические препараты и особенности их получения в невесомости

Таблица 7. Бортовые системы ПКА и орбитальных станций

№ по пор.	Основные разделы	Основные вопросы
1	Классификация бортовых систем управления ПКА	Системы ориентации и управления движением (СОУД). Системы сближения, причаливания и стыковки. Система приземления СА. Система исполнительных органов СОУД. Двигатели ориентации. Корректирующая двигательная установка. Бортовой вычислительный комплекс (БВК)
2	Радиотехнические системы ПКА	Система радиосвязи. Режим работы аппаратуры на различных участках полета ПКА. Командная радиолиния. Телеметрическая система. Радиотехническая система стыковки
3	Бортовая телевизионная система	Принципы построения. Особенности создания телевизионных передач. Работа с телекамерами и телеаппаратурой
4	Средства отображения информации (СОИ) ПКА	Система индикации, сигнализации (СИС) и органы ручного управления ПКА. Пульты космонавта СА и станции. Командно-сигнальное устройство (КСУ). Управление пультами
5	Системы энергопитания (СЭП) и освещения	Виды источников электроэнергии и способы ее преобразования. СЭП на основе солнечных батарей и буферных химических источников тока. Солнечные батареи, их конструкция. Аккумуляторы. Блок контроля источников питания. Система освещения. Типы светильников. Управление и контроль
6	Системы жизнеобеспечения ПКА и орбитальных станций	Состав оборудования в зависимости от назначения ПКА и задач полета. Система наддува, разгерметизации и компенсации утечек. Индивидуальное защитное снаряжение (скафандры). Система терморегулирования ПКА. Система сбора конденсата, вентиляции и воздухораспределения
7	Система аварийного спасения (САС) экипажа и посадки СА	Виды и принципы действия САС. Работа САС при возникновении аварийных ситуаций на различных этапах полета ПКА. Комплекс средств приземления. Организация поисково-спасательного обеспечения. Носимый аварийный запас
8	Системы обеспечения жизнедеятельности экипажа	Системы водообеспечения, питания и регенерации конденсата. Рационы питания и способы их хранения. Санитарно-бытовое оборудование. Средства изоляции, обработки и удаления отходов жизнедеятельности. Ассенизационно-санитарные средства. Спальные принадлежности. Медико-биологическое оборудование. Средства профилактики, само- и взаимопомощи, личной гигиены и быта. Дозиметрический контроль и средства локальной радиационной защиты. Действия при угрозе увеличения радиации
9	Управление полетом ПКА и орбитальной станции	Организация и принципы управления. Наземный комплекс управления. Структура главной оперативной группы управления. Бортовой комплекс управления. Роль и функции экипажа ПКА и орбитальной станции

Таблица 8. Стартовый комплекс (СК)

№ по пор.	Основные разделы	Основные вопросы
1	Назначение, состав и основные характеристики СК	Роль СК в общей структуре ракетно-космического комплекса. Классификация СК по типам ракет-носителей (РН). Циклограмма подготовки РН с ПКА к пуску. Технологическое оборудование СК. Подъемно-установочное оборудование. Пусковые системы
2	Системы заправки	Наземные системы заправки. Системы газоснабжения и термостатирования. Источники холода и тепла. Устройство систем термостатирования
3	Система наведения	Основные устройства систем наведения. Автоматизированные и неавтоматизированные системы наведения
4	Техническая позиция (ТП)	Назначение, состав и характеристики сооружений и оборудования ТП. Предстартовая подготовка РН и ПКА. Средства сборки и испытания РН и ПКА. Технологические работы на ТП и предстартовая подготовка экипажа
5	Стартовая позиция (СП)	Назначение, состав и характеристики сооружений и оборудования СП. Порядок подготовки ПКА к посадке экипажа. Работа систем СП на этапах пуска и выведения ПКА на орбиту. Средства и мероприятия по обеспечению безопасности экипажа при работах на СП