Тросовые системы в космосе

Страница 2

Реализации проектов "TSS" способствовала поддержка директора од­ного из подразделений NASA И. Беки, организо­вавшего в 1983 г. первую рабочую встречу специа­листов по этой проблеме. После этого состоялись международные конференции по проблемам кос­мических тросовых сис­тем, проходившие в 1986 г. в Арлингтоне (США), в 1987 г. в Венеции, в 1989 г. в Сан-Франциско и в 1995 г. в Вашингтоне. На послед­ней конференции высту­пили специалисты из США, Канады, Италии, Германии, Испании, Фран­ции, Австрии, Японии и Китая.

В конце 1966 г. были проведены два американ­ских эксперимента на пи­лотируемых кораблях "Джемини" - они соединя­лись 30-м синтетически­ми лентами с ракетной ступенью "Аджена". В первом эксперименте связка космических объе­ктов вращалась вокруг общего центра масс, а во втором - в устойчивом вертикальном положе­нии.

В рамках американо-японской программы в 1980-85 гг. были осущест­влены четыре запуска на высоту 328 км зондирую­щих ракет. В ходе полета полезный груз удалялся на электропроводном тросе на 400 м (серия экс­периментов "CHARGE"). В первых двух эксперимен­тах тросы удалось выпус­тить только на длину 30 м и 65 м. В двух последних - тросы были выпущены полностью, что позволи­ло выполнить исследова­ния электродинамики тросовой системы.

Итало-американский эксперимент “TSS-1” был проведен в 1992 г. Пред­полагалось отвести от ко­рабля "Атлантис" италь­янский привязной спут­ник на электропроводном тросе длиной 20 км и вы­полнить электродинами­ческие и радиофизиче­ские исследования. При­вязной спутник разраба­тывала итальянская фир­ма "Aeritalia" (Alenia Spazio), а привязную сис­тему - американская фирма "Martin Marietta". Вследствие зажима троса в лебедке его удалось выпустить всего на 265 м, после чего трос был втя­нут обратно.

В феврале 1996 г. в хо­де полета корабля "Спейс Шаттл" сделана попытка повторить такой эксперимент (TSS-R). Теперь трос раз­мотали почти на всю дли­ну, однако он неожиданно оборвался ("пережегся") из-за короткого замыка­ния, вероятная причина -механическое поврежде­ние изоляции. Из-за ава­рии дорогостоящий итальянский спутник вме­сте с тросом ушел на дру­гую орбиту и был потерян. Тем не менее, в экспери­ментах серии “TSS” была проведена часть заплани­рованных электродина­мических исследований, в частности, в экспери­менте TSS-1R" в тросе был достигнут ток силой 0,5 А. Еще два американских

эксперимента "SEDS-1" и "SEDS-2" выполнены в 1993-94 гг. От последней ступени ракеты-носителя "Дельта-2" отводились по­лезные грузы на тросах длиной 20 км, выпускае­мых с помощью катушек, разработанных американ­ским специалистом Дж. Кэрроллом.

В первом эксперименте отрабатывался безрас­ходный спуск груза с ор­биты, а во втором - раз­вертывание тросовой сис­темы в вертикальное по­ложение. В 1993 г. также с использованием ракеты "Дельта-2" проведен экс­перимент "PMG" с элект­ропроводным тросом дли­ной 500 м, позволивший исследовать некоторые эффекты электродина­мики данной системы.

Канадские эксперимен­ты "OEDIPUS-A" и "OEDIPUS-C" с тросами длиной 1 км проведены в 1989 и 1995 гг. В мае 1996 г. состоялся запуск двух американских аппаратов морской разведки с тро­сом длиной 4 км (экспери­мент "TIPS"). Программой длительного полета предполагается исследо­вать стойкость троса к воздействию метеорных частиц.

После проведения экс­периментов "TSS-1" и "TSS-1R" (затраты соста­вили почти миллиард долларов) пересмотрена программа работ США в области тросовых систем. Планировавшийся экспе­римент "TSS-2" с атмо­сферным зондом, опуска­емым вниз с корабля "Спейс Шаттл" на 100-км тросе, был отменен. А другие эксперименты в

космосе вначале были ограничены проектами, не превышающими по стои­мости 10 млн. долларов, а затем вообще прекраще­ны. В расписании полетов кораблей "Спейс Шаттл" до конца 2003 г. экспери­менты с тросовыми систе­мами не предусмотрены.

РОССИЙСКИЕ РАЗРАБОТКИ И ПРОГРАММЫ

В России были созданы научные школы, занима­ющиеся теоретическими исследованиями косми­ческих тросовых систем. С конца 60-х гг. эти иссле­дования велись, главным образом, в Институте при­кладной математики (ИПМ) АН СССР такими крупными учеными, как В.В. Белецкий, В,А. Сарычев, Е.М. Левин (ныне ра­ботающие за рубежом).Исследования механики тросовых систем давно ведутся в Московском государственном авиацион­но-технологическом уни­верситете (МГАТУ, быв­ший МАТИ) под руковод­ством В.А. Иванова и Ю.С. Ситарского. В пос­ледние годы подобные исследования начаты в Московском авиационном институте, Московском государственном техни­ческом университете им. Н.Э. Баумана, Военной инженерной космической академии им. Н.А. Можай­ского. Изучением элект­родинамики и радиофизи­ки тросовых систем зани­маются в ЦНИИ машино­строения, Институте ра­диотехники и электрони­ки РАН, Московском фи­зико-техническом инсти­туте.

В последние годы в НПО машиностроения со­вместно с Институтом земного магнетизма, ионо­сферы и распространения радиоволн разрабаты­вался проект эксперимента на станции "Алмаз", где предполагалось отве­сти на тросе платформу с аппаратурой для геофи­зических исследований. В НПО им. С.А. Лавочкина разрабатываются проек­ты марсианского тросово­го пенетратора на базе межпланетной станции "Фобос" и тросовой систе­мы для обслуживания ор­битальной станции на ба­зе спутника "Прогноз". Институтом космических исследований РАН предложен проект тросовой системы в форме тетра­эдра для исследования электрических и магнит­ных полей в околоземном пространстве. В Москов­ском техническом уни­верситете связи и информатики ведутся исследо­вания систем с "бегущи­ми" тросами.

В последнее время проводится работа по тросовым системам с уча­стием иностранных спе­циалистов. В Самарском авиационном институте и Центральном специаль­ном конструкторском бю­ро (ЦСКБ) совместно с не­мецкими фирмами ведет­ся разработка проекта эксперимента с привяз­ной капсулой "Rapunzel" на спутнике "Фотон". В ЦНИИМаш по гранту NASA разработан проект двойной электродинами­ческой тросовой системы ТЭДОС на корабле "Прогресс-М".

В РКК "Энергия" во взаимодействии с евро­пейскими специалистами разрабатывается проект возвращения баллисти­ческих капсул и грузовых кораблей с пилотируемой станции при помощи длинных тросов. В 1994 г. в сотрудничестве с не­мецкой фирмой "Kayser Threde" был создан про­ект совместного экспери­мента "Tpoc-Rapunzel", затем по заказу Европей­ского космического агентства (ESA) прораба­тывался эксперимент тросового спуска капсулы "Радуга".

ПЕРСПЕКТИВЫ ТРОСОВЫХ СИСТЕМ

В РКК "Энергия" актив­ные работы по космическим тросовым системам возоб­новились в 1987 г. Они бы­ли направлены на освоение и применение таких систем в рамках пилотируемых ко­смических станций. Разра­ботанная концепция разви­тия отечественных работ в этой области предусматри­вает следующее. На первом этапе - проведение на ор­битальных станциях серии космических эксперимен­тов с тросовыми системами "Трос-1", "Трос-1 А", "Вул­кан" и 'Трос-2". В перспек­тиве - создание и опытная эксплуатация на новой ор­битальной станции тросо­вых систем транспортного, энергетического и исследо­вательского назначения. В отдаленном будущем пред­полагается создание орби­тального пилотируемого комплекса с многофункцио­нальным использованием технологий тросовых сис­тем.

Космический экспери­мент "Трос-1" - оригиналь­ная отечественная разра­ботка, выполняемая в РКК "Энергия" с 1989 г. Экспери­мент предусматривает ис­следование механики раз­вертывания, полет и разде­ление тросовой си­стемы с отработкой безрасходного орбитального ма­невра. В программе "Трос-1" предполагалось создать на орбите тросовую систему, состоящую из станции "Мир" и корабля "Прогресс-М", соединённых 20-км тросом из синтетического волокна. В течение недели система совершит орбитальный по­лет, после чего будет осу­ществлено ее разделение. При этом корабль перейдет на более низкую орбиту, а станция увеличит высоту орбиты (такой маневр сэко­номит около 150 кг топли­ва).