Большая энциклопедия техники

Коллектив авторов

В качестве примера работы бортового вычислительного комплекса рассмотрим бортовой вычислительный комплекс, который был установлен на борту космического корабля «Буран». Основные задачи по обеспечению работоспособности и сохранению безопасности экипажа определяют структуру самого вычислительного комплекса. Комплекс состоит из двух идентичных по оборудованию и структуре систем: центральной и периферийной. В состав входят четыре бортовые цифровые вычислительные машины, работа которых синхронизирована по одинаковым программам. Фактически они представляют четыре параллельно работающих канала, резервирующие друг друга. На выходе каждого имеется специальная схема сравнения, которая контролирует команды, выдаваемые каждым каналом. При отказе одной из вычислительных машин система сравнения блокирует ее выход в общий канал и вычислительная система продолжает свою работу в составе из трех функционирующих вычислительных машин. Если же еще одна машина выйдет из строя, то она также будет изолирована системой сравнения от оставшихся в работе вычислительных машин. Программная синхронизация работы четырех вычислительных машин в реальном времени является очень сложной, ее надежность оставляет желать лучшего. Поэтому в космическом корабле «Буран» использовалась не программная, а аппаратная синхронизация. Для бесперебойного функционирования

вычислительного комплекса, использующего аппаратную синхронизацию, в состав комплекса входит единый кварцевый генератор, который синхронизирует работу всех четырех вычислительных машин. Синхронизация работы происходит подачей во все восемь машин сетки тактовых импульсов, имеющих одинаковый период прерывания. Сам генератор имеет пять каналов резервирования для обеспечения собственной бесперебойной работы даже при отказе двух каналов.

Помимо генератора в состав цифрового вычислительного комплекса входил накопитель на магнитной ленте (в современных бортовых системах применяются более совершенные технологии хранения данных) для хранения программного обеспечения и загрузки его в оперативную память во время полета. Помимо программного обеспечения, на накопителях может содержаться различная служебная информация для бортовых дисплеев, используемых во время пилотируемых полетов.

Бортовой комплекс управления

Бортовой комплекс управления – комплекс систем, расположенных на борту космического летательного аппарата и позволяющих осуществлять управление этим аппаратом. В состав бортового комплекса управления может входить более 50 различных систем, отвечающих за функционирование космического аппарата. Рассмотрим основные системы, которые обязательно входят в состав бортового комплекса управления космическим аппаратом. Первой является бортовая вычислительная система, которая служит для управления бортовыми системами и для координации их совместной работы. Может решать задачи автономного управления, планирования, обеспечивать связь с системой управления бортовой аппаратуры. Второй системой, составляющей бортовой комплекс управления, является система управления бортовой аппаратурой, в функциональные обязанности которой входит решение задач по управлению, контролю и диагностике состояния бортовых систем. Функционирование системы обеспечивается на основе использования данных, полученных с датчиков, функциональных выходов командной радиолинии, релейных выходов бортовой вычислительной системы, пультов управления и различных бортовых систем. Очень важной составляющей бортового комплекса управления является система управления движением и навигацией, которая совместно с комплексом управления, датчиками и исполнительными органами составляет единый комплекс по управлению движением космического летательного аппарата. Эта система позволяет решать важный комплекс задач: стабилизация летательного аппарата после отделения ракеты-носителя, ориентация в расчетных режимах, выполнение программных разворотов в любом режиме ориентации, проведение коррекции орбиты с помощью специальных двигателей, управление панелями солнечных батарей, проведение операций стыковки, расстыковки и по необходимости многие другие. Помимо перечисленных систем, в состав бортового комплекса управления входят: система бортовых измерений, предназначенная для получения и передачи на Землю информации о состоянии и работе систем, научного оборудования и состояния здоровья членов экипажа; бортовой радиокомплекс, обеспечивающий двустороннюю голосовую связь, обмен командно-программной информацией, телеметрической, телевизионной информацией. Обеспечение связи происходит через наземные комплексы или через спутник-ретранслятор, находящийся на геостационарной орбите.

Бустерный насос

Бустерный насос (от англ. booster – устройство, являющееся вспомогательным и применяемое для увеличения скорости либо силы действия машины или основного механизма) представляет собой механический или пароструйный вакуумный насос. Механические бустерные насосы – двухроторные насосы, в которых два вращающихся фигурных ротора при вхождении друг в друга в процессе работы создают направленное движение газа. Принцип действия струйных бустерных насосов заключается в том, что направленная струя рабочего вещества уносит молекулы газа, которые поступают из откачиваемого объема. Применяется в вакуумных системах для создания вакуума средней величины. К основным параметрам, которые характеризуют бустерный насос, относятся: предельное давление, которое может быть достигнуто насосом, быстрота откачки, допустимое (наибольшее) выпускное давление в выпускном сечении насоса.

Бустерные насосы обеспечивают вакуум порядка 10,4—10,5 мм рт. ст., быстрота откачки – до 15 м³/с.

Бустерный ракетный двигатель

Бустерный ракетный двигатель относится к классу ракетных двигателей, использующих для подачи топлива механические насосы. В этом типе ракетных двигателей применяются бустерные турбонасосные агрегаты. На сегодняшний день одним из самых совершенных двигателей считается маршевый двигатель «Шаттла» с насосной системой подачи топлива. Каждый двигатель имеет по два турбонасосных агрегата, одним из которых является бустерный турбонасосный агрегат. Бустерный насосный агрегат выполняет роль низконапорного насоса. Насос приводится в действие расширяющимся газом, в результате чего повышается давление рабочего тела перед входом его в основной турбонасосный агрегат, в котором давление повышается еще больше. Прежде чем подать жидкий кислород в камеру сгорания, большая его часть проходит через охлаждающий тракт камеры сгорания и сопла. Часть кислорода реагирует с водородом в газогенераторах основных насосов, при этом образуя богатый водородом пар, который приводит в действие насос, после чего сгорает вместе с оставшейся частью кислорода в камере сгорания. Суммарный КПД этой системы составляет порядка 98%. Производство такого типа двигателей достаточно сложно и требует огромной точности, так как они содержат элементы, вращающиеся с большой скоростью – порядка 40 000 об/мин. Применяется в качестве стартовых ракетных двигателей.

Верньерный ракетный двигатель

Верньерный ракетный двигатель – ракетный двигатель, который предназначен для обеспечения управления ракетой-носителем на активном участке. Иногда используется название «рулевой ракетный двигатель».

Вертикальный космический зонд

Вертикальный космический зонд – космический аппарат, основным предназначением которого является изучение

верхних слоев атмосферы Земли и околоземного космического пространства. Работа вертикального космического зонда протекает во время вертикального подъема и спуска. Среди большого разнообразия задач космических аппаратов такого класса можно выделить следующие: получение данных о распределении высотных физико-химических характеристик ионосферы, например концентрации электронов, ионов и их энергий; изучение интенсивности солнечного и космического излучения и космических лучей, радиационных поясов и их возможного воздействия на космические аппараты и их экипажи. В октябре 1966 г. на высоту в 400 км была запущена автоматическая ионосферная лаборатория «Янтарь-1». Основной целью было исследование взаимодействия реактивной струи электрического ракетного двигателя с ионосферной плазмой. Данные, полученные в результате работы лаборатории, имели огромное значение для решения проблемы управляемого полета на высотах более 100 км при использовании электрического ракетного двигателя. В 1967 г. для изучения ионосферы и околоземного космического пространства был вертикально выведен на орбиту космический зонд. Для получения точных данных станцию изготовили из специальных материалов, а ракета-носитель после вывода на орбиту станции была уведена в сторону на большое расстояние для обеспечения чистоты окружающего космического пространства (отсутствия газовыделений). Станция была снабжена радиотелеметрической системой и аппаратурой радиоизмерения траектории.

Военный искусственный спутник земли

Военный искусственный спутник Земли – объект на околоземной орбите, основными задачами которого являются сбор и передача данных о предполагаемом противнике в центр управления, отслеживание возможных нарушений воздушного пространства, корректировка целей запущенных ракет, обеспечение бесперебойной связи в любых условиях и многие другие. Несмотря на быстрые темпы продвижения Советского Союза в области космических исследований, чувствовалось отставание от США в развитии и разнообразии военной космической программы. Первым советским разведывательным спутником стал «Спутник-4», выведенный на орбиту при помощи космического корабля «Восток-Д» 26 апреля 1961 г. В отличие от американских спутников, где обратно на Землю возвращалась лишь пленка, советские ученые использовали более крупную капсулу, что обеспечило возврат камеры вместе с пленкой. В декабре 1982 г. на орбиту был выведен спутник пятого поколения, который мог передавать данные в режиме реального времени. На орбиту спутников связи «Молния» также запускались спутники раннего оповещения «Око». Выбор орбиты позволял спутникам одновременно держать в зоне видимости американские базы баллистических ракет и советскую наземную станцию. Для обеспечения постоянного обзора этих объектов потребовалось бы запустить сразу девять спутников этой серии, и к тому же чуть позже на геостационарную орбиту были запущены спутники серии «Прогноз», выполняющие ту же задачу. В 1960—1980-х гг. Советский Союз выводил в космическое пространство противоспутниковое оружие, размещая его на орбите объекта, для экстренной ликвидации цели в случае необходимости. Для наведения на цель использовался радиолокатор, а цель ликвидировалась серией поражающих импульсов. В серию орбитальных станций, имеющих общее название «Салют», входили три станции, разработанные ЦКБМ для задач, поставленных Министерством обороны Советского Союза. Всего было запущено 3 станции: «Салют-2», «Салют-3» и «Салют-5». Экипаж станции состоял из двух человек, основной задачей которых было изучение возможностей и преимуществ космической разведки и реализация управления наземными военными объектами с околоземной орбиты. В свою очередь, США не только не отставали, но и значительно опережали Советский Союз в развитии военно-космической программы.

В период с середины 1960 по 1972 г. по программе CORONA было осуществлено 145 успешных запусков, которые позволили собрать очень интересную информацию для стратегической разведки и картографов. В 1971 г. спутник «KH-9» передал на Землю снимки большой территории с разрешением 0,6 м. С 1976 г. США начали запускать в космос спутники, оснащенные системой электронной передачи данных в режиме реального времени. В 1960 г. в США была создана противоспутниковая ракетно-ядерная система ASAT. Система начинала работать, когда цель оказывалась в пределах досягаемости. В 1994 г. была полностью введена в эксплуатацию система GPS, разработка которой велась с начала 1970-х гг. Система включает в свой состав 24 спутника, расположенных на средней высоте. Эта система обеспечивает сигналы двух уровней точности. Первый – для гражданских лиц с точностью до 30 м, а второй используется государственными и некоторыми другими организациями, обычно шифруется и дает точность определения координат до 16 м. Дифференциальная спутниковая система DGPS позволила увеличить точность до величины в 0,9 м. Другие страны активизировались в области военно-космических программ в начале 1990-х гг., что привело к серии запусков спутников, основными задачами которых является радиотехническая разведка и обеспечение военной спутниковой связи.

Дальше всех в области космических исследований продвинулась Франция, которая начала в 1980 г. финансировать разработку комбинированной военнокоммерческой спутниковой системы связи «Сиракюз», что привело 7 июля 1995 г. к запуску первого разведывательного спутника «Элиос-IA».

Воздухоподогреватель

Воздухоподогреватель – теплообменный аппарат, принцип действия которого основан на нагреве воздуха, проходящего сквозь нагревательную систему. В качестве теплоносителя применяют водяной пар, электроэнергию, горячие газообразные продукты сгорания. Конструктивно состоит из нескольких частей, а точнее: из нагревательного устройства, воздуходувки, теплообменника и систем, отвечающих за регулирование и контроль температуры горячего воздуха. По принципу действия все воздухоподогреватели можно разделить на рекуперативные и регенеративные. В первом случае теплообмен между теплоносителем и воздухом, который необходимо нагреть, происходит непрерывно через разделяющие их стенки поверхностей нагрева, а во втором – теплообмен достигается попеременно нагреванием и охлаждением металлических либо керамических насадок поверхностей нагрева.

Современные металлические воздухоподогреватели позволяют нагревать воздух до 600 °C, а при наличии керамической насадки – до 1200 °C. Могут использоваться для подачи воздуха в отсеки ракетоносителя и пусковой установки для поддержания в них определенного температурного режима.

Воздушно-ракетный двигатель

Воздушно-ракетный двигатель представляет собой комбинированный воздушно-реактивный и ракетный двигатель. При создании комбинированного двигателя руководствовались возможностью сочетать характеристики обоих типов прямоточных двигателей в одном аппарате.