Файл: Шаталов, В. А. Применение ЭВМ в системе управления космическим аппаратом.pdf

мом аппарате смонтирована антенная система, состоящая из двух антенн: спиральной, жестко укрепленной в верхней части аппа­

а после посадки по командам программно-временного устройства производится периодическое переключение бортового передат­ чика с одной антенны на другую.

Американские автоматические межпланетные станции типа «Пионер», «Маринер» также исследуют межпланетное простран­ ство. Кроме того, проводятся исследования по программе «Grand Tour» для изучения отдаленных планет Солнечной систе­ мы: Юпитера, Сатурна, Урана, Нептуна и Плутона [6]. Реализа­ ция последней программы рассчитана на 1975—80 годы, когда должна возникнуть необычная астрономическая ситуация: внеш­ ние планеты солнечной системы займут такое положение относи­ тельно Юпитера, которое позволит космическому аппарату после облета этой планеты и исследования ее гравита­ ционного поля достичь Сатурна и Урана, а затем после их обле­ та — Нептуна и Плутона. Аналогичная астрономическая ситуа­ ция повторится лишь через 175 лет.

Состав основного оборудования и приборов американских АМС можно рассмотреть на примере космических аппаратов программы «Маринер» [2]. По этой программе осуществляются запуски станций для исследования Венеры и Марса. Все стан­ ции создавались в пролетном варианте, за исключением «Мари- нер-9», которая была выведена на ареацентрическую орбиту (орбиту вокруг Марса).

В состав аппаратов программы «Маринер» входят следующие основные элементы и агрегаты (на примере «Маринер-9»):

—радиотехническое оборудование;

—энергетическая установка, использующая солнечные эле­ менты и аккумуляторную химическую батарею;

—• система стабилизации и ориентации;

—бортовой вычислитель (программно-временное устрой­

ство) ;

—корректирующе-тормозная двигательная установка;

—телевизионные камеры;

—научные приборы.

В состав научных приборов входят:

—ультрафиолетовый спектрометр для определения газового состава ионосферы;

—инфракрасный интерференционный спектрометр для иссле­ дования'нижних слоев атмосферы;

—инфракрасный радиометр для определения тепловой инер­ ции (скорости остывания и нагревания) и состава поверхности планеты;

—устройство для радиозондирования на различных частотах;

13

—датчики для регистрации космических лучей;

—детектор рентгеновского излучения и другие приборы.

1.2. ПИЛОТИРУЕМЫЕ КОСМИЧЕСКИЕ КОРАБЛИ

Пилотируемые космические корабли (КК) предназначены для полетов в космос с участием человека. Наблюдения человека

вкосмосе служат ценным источником дополнительных сведений, которые не могут быть получены только при помощи беспилотных аппаратов. Так, например, только потому, что на борту КК находились космонавты, удалось обнаружить ряд новых явлений,

вчастности, вертикально-лучевую структуру дневного излучения

верхней атмосферы, свечение в районе Южного полюса, эффект «усов» и т. д. [1]. Перечисленное едва ли можно было бы зафик­ сировать даже при помощи очень сложной аппаратуры. В этом случае проявились преимущества сочетания логического анализа ситуации, выполняемого космонавтом, с высокой чувствительно­ стью и избирательностью зрения человека.

Перспективное изучение космического пространства связано с совместным участием в исследованиях человека и автоматиче­ ских приборов. Это прежде всего относится к изучению специфи­ ческих явлений. Также бесспорно то, что и в будущем визуаль­ ные наблюдения будут играть важную роль.

В общем случае к задачам, решаемым на борту КК, отно­ сятся:

—астрономические наблюдения и геофизические исследова­ ния в околоземном пространстве;

—медико-биологические исследования (физико-биологиче­

ское состояние космонавтов, оборудование для космонавтов

идр.);

. — эксплуатационные исследования для изучения возможно­ сти создания искусственной силы тяжести, оценки оборудования

исистем управления;

—научные и технические эксперименты по технологии мате­ риалов, по созданию сборных конструкций в космосе и др.

Кроме перечисленных задач, на борту пилотируемых КК могут осуществляться эксперименты по исследованию Солнца, ресурсов Земли, загрязненности атмосферы и др. В конструктив­ ном отношении отличительной особенностью всех пилотируемых КК является сложная система жизнеобеспечения, представляю­ щая собой сложный комплекс подсистем и агрегатов.

Космические корабли околоземного космоса

Научно-исследовательская деятельность в космосе с участием человека началась с запуском советского космического корабля «Восток», на котором 12 апреля 1961 года летчик-космонавт Ю. А. Гагарин совершил первый в мире пилотируемый космиче­ ский полет.

14

Возможности научных исследований в космосе существенно возросли после создания орбитальных космических станций (ОКС). Под орбитальной станцией понимается космический ком­ плекс, находящийся на геоцентрической орбите и обеспечиваю­ щий решение широкого круга задач в течение длительного периода. В январе 1969 года в результате стыковки кораблей «Союз-4» и «Союз-5» была создана первая экспериментальная космическая лаборатория, а затем в апреле 1971 года на орбиту была выведена первая долговременная орбитальная станция «Салют».

В США начальный этап работы по созданию орбитальных станций проводился в рамках программы «Apollo-Application». В мае 1973 года в США была запущена долговременная пило­ тируемая орбитальная станция «Скайлэб».

Конкретные задачи, решаемые на борту пилотируемых КК, состав оборудования, особенности систем управления и функцио­ нирования можно рассмотреть на примере орбитальной станции «Скайлэб». При создании экспериментальной орбитальной стан­ ции «Скайлэб» максимально использован опыт, накопленный при экспериментах на КК «Аполлон».

На станции «Скайлэб» решаются следующие задачи:

—проводятся исследования Солнца, измерения радиации, наблюдения Земли;

—изучаются возможности человека при обработке данных наблюдений, эксплуатации и ремонте оборудования;

—проводятся медико-биологические эксперименты, связан­ ные с длительным пребыванием человека в условиях невесомо­ сти, а также изучение биологических особенностей и приспособ­ ляемости человека.

Конструктивно станция выполнена из двух блоков: орбиталь­ ной обитаемой лаборатории, представляющей собой модифици­ рованную третью ступень ракеты-носителя «Сатурн-5» с прибор­ ным отсеком, и состыкованного с лабораторией астрономического

Высокие требования к точности управления угловым движе­ нием станции обусловили применение двух раздельных систем управления. Одна система управляет движением станции в це­ лом, другая—-движением блока научных приборов (включая телескоп). В качестве исполнительных органов системы управ­ ления всей станции выбраны три трехстепенных силовых гиро­ скопа.

Для исследования Солнца в блоке научных приборов была установлена следующая аппаратура:

— коронограф Лайота для фотографирования солнечной короны в белом свете;

15

—коротковолновый ультрафиолетовый спектрограф для фотографирования в ультрафиолетовых лучах;

—ультрафиолетовый хромосферный спектрограф, позволяю­

щий получать щелевое изображение Солнца в белом свете и изо­ бражение солнечного диска в ультрафиолетовых лучах;

— зеркальный телескоп с детектором солнечных вспышек, дающим изображение Солнца в рентгеновских лучах.

Кроме перечисленных приборов, на орбитальной станции и блоке научных приборов были установлены звездный датчик, датчики системы управления угловым движением, средства кон­ троля системы жизнеобеспечения и функционирования станции в целом и другие приборы и агрегаты.

Все основные вычисления и логические операции, необходи­ мые для управления угловым движением, а также обработка информации от датчиков осуществляются в бортовой вычисли­ тельной машине блока научных приборов.

Будущие орбитальные станции околоземного космоса

Существующий в настоящее время уровень космической тех­ ники и предпосылки ее развития позволяют считать возможным создание в недалеком будущем обитаемых орбитальных станций с длительным сроком существования — порядка 10 лет.

На таких станциях будут изучаться явления невесомости, глубокого вакуума, наблюдения Земли и Вселенной и проблемы, связанные с астрономией, химией, физикой, биологией и т. д. Такой круг исследований потребует применения большого коли­ чества высокоточных приборов и приспособлений. А для исклю­ чительно точных экспериментов по астрономии, физике потре­ буется сверхточная ориентация научных приборов и незагрязнен­ ная внешняя среда, для чего будут применяться отсеки,

Пилотируемые космические корабли для полета на Луну и межпланетных полетов

Решение ряда принципиальных научных проблем и экспери­ ментов требует участия человека в межпланетных полетах.

Ктаким проблемам можно отнести следующие.

1.Существует ли жизнь вне Земли? Если существует, то ка­ кова ее природа и как она эволюционирует?

2.Как возникла и развивается Вселенная? Подчиняется ли поведение исследуемых пространств Вселенной законам, открытым на Земле?

16

3.Изучение физических условий на Луне и планетах Солнеч­ ной системы.

4.Положение нашего Солнца и Солнечной системы во Все­ ленной? Как эволюционирует Солнечная система и каковы дина­ мические соотношения между процессами на Солнце и пла­ нетах?

Решение этих вопросов только при помощи автоматов невоз­ можно и поэтому понятен тот интерес, которыйпроявляется к разработке и реализации пилотируемых космических кораб­ лей для полетов на Луну и планеты Солнечной системы [2].

Пилотируемые космические корабли программы «Аполлон»

Программа «Аполлон» предусматривала высадку американ­ ских космонавтов на Луну с последующим возвращением их на Землю.

Космический корабль «Аполлон» состоит из командного моду­

Всостав командного модуля входят:

—двигательная установка;

—система жизнеобеспечения;

—система навигации, наведения и управления угловым дви­ жением;

—бортовая цифровая вычислительная машина;

—энергетическая установка на водородно-кислородных топ­ ливных элементах;

—связное оборудование.

Всвою очередь система навигации, наведения и управления угловым движением включает в себя:

—инерциальный измерительный блок, использующий гиростабилизированную платформу с тремя степенями свободы;

—оптические средства, включающие широкоугольный скани­ рующий телескоп и секстант;

—радиодальномер;

—ручку управления;

—комбинированный индикатор углового положения;

—двигатели стабилизации.

Для повышения надежности управления полетом на КК уста­ навливаются резервные устройства и подсистемы, например, бесплатформенная инерциальная 'система с датчиками, жестко устанавливаемыми на корпусе корабля, и с дополнительным бор­ товым вычислителем.

Лунная кабина предназначена для доставки космонавтов с селеноцентрической орбиты на Луну и последующую ^осгауку"

.ихг с поверхности Луны на селеноцентрическую PfiByfojS'sBOK?л---а”-г Р --4.,44

6 h '3■.IV*iv, 0W "в:,t >VС. VС чЖ Л

М ИТ .**/«»• !-ЗГ£ ЗАЛА I