Диссертация (Формирование облика стенда бросковых испытаний и полномассового макета спускаемого аппарата для полунатурной имитации посадки на Луну в земных условиях), страница 3

Например, МореВлажности расположено на 2 км ниже, а Море Дождей на 3 км нижеокружающей местности [27]. На восточном крае вблизи экватора виднытемные пятна Моря Смита и Моря Краевого. В одном из проектовстроительства будущей лунной базы Море Смита указывают в числевероятных мест, подходящих для осуществления исследовательских работ.Площадь маленького пятна Моря Волн составляет 21 тыс. км2. Особенно четковыделяется граница Моря Кризисов, площадь которого 176 тыс.

км2. Дно этогоморя расположено на 3,5 км ниже окружающей местности. На его краю виденяркий кратер с лучевой системой – Прокл диаметром 28 км [50].Море Спокойствия на Луне, по площади равное Черному морю на Земле(421тыс. км2), знаменито тем, что здесь американский астронавт Н. Армстронгвпервые шагнул на лунную поверхность 20 июля 1969г. Море Спокойствиясоединяется с Морем Изобилия и Морем Нектара, в котором советский зонд"Луна 16" (1970г.) взял пробу лунного грунта и доставил ее на Землю. Награнице Моря Ясности с материком выполнял исследования самоходныйаппарат "Луноход 2" (1973г.)Узкая полоска Моря Холода переходит в Океан Бурь и Залив Росы –самое крупное формирование видимого полушария площадью 2,1 млн. км2.

Наокраине Океана Бурь вблизи экватора выделяется темное дно кратераГримальди.Здесьназемнымиметодамиисследованийобнаруженыкислородосодержащие породы – ильмениты. Данный кратер также мог быстать одним из потенциальных мест будущей лунной базы. Площадь МоряДождей – 829 тыс. км2. Справа хорошо заметен кратер Аристарх, диаметром42км, а выше кратер Коперник диаметром 94 км. Темная область к югу отКоперника недавно была названа Морем Островов. Море Познанное получилосвое название после того, как в 1964г. здесь опустился американский зонд"Рейнджер 7". К югу от Залива Радуги совершил свое путешествие первыйсамоходный лунник "Луноход 1" (1970–1971 гг.).17В Море Влажности внимание привлекает система параллельных борозд,а в Море Облаков – Прямая Стена. Слева от Моря Облаков в материковойчасти выделяется цепочка из трех кратеров, размеры которых превышают 100км. Средний из них Альфонс, известен тем, что в 1957г.

там наблюдалосьсвечение, зарегистрированное на спектрограммах. Самый яркий кратер смощной лучевой системой назван в честь астронома Тихо Браге, составившеготаблицы перемещения планет, на основе которых Кеплер вывел законыдвижения планет.Долины – отчетливо выраженные обособленные впадины шириной внесколько километров и протяженностью в десятки и сотни километров –встречаются на склонах обширных горных областей (например, Альпийскаядолина), а также в материковых районах (например, долина Рейта).1.2.Анализ имеющихся испытательных стендовЗаключительный этап полета спускаемого аппарата (начиная с высот30—10м над поверхностью планеты) включает момент контакта аппарата сгрунтом, скольжение по грунту и, наконец, полное успокоение аппарата наповерхности в положении, которое является исходным для последующегофункционирования аппарата на данном небесном теле [10].Очевидно, что создание надежно функционирующего посадочногоамортизирующегоустройствамежпланетногокосмическогоаппаратаневозможно без проведения целого комплекса исследований, включающего всебя теоретические, экспериментальные, проектные и конструкторскиеработы.Рассмотримиспытательныестенды,предназначенныедляэкспериментального изучения процесса мягкой посадки, с целью выборанаиболее подходящего для выполнения задачи отработки динамики процессапосадки космических аппаратов на Луну.

Испытательные стенды позволяютпровести в наземных условиях исследование устойчивости космическогоаппарата при мягкой посадке, оценить действующие на него перегрузки,18выбрать оптимальную по массе конструкцию посадочного устройства иотработать его энергопоглотительные элементы. Применение сменногогрунта, имитирующего поверхностный слой Луны, Марса и других планет,существенно расширяет возможности стенда.1.2.1. Маятниковый стендМаятниковый стенд бросковых испытаний (рисунок 1.1.): высотаподъема модели СА над столом Н определяется требуемой величинойвертикальной составляющей посадочной скорости и регулируется путемповорота консольной стрелы стенда в вертикальной плоскости. Величинагоризонтальной составляющей посадочной скорости зависит от углаотклоненийпараллелограммамаятниковойсистемыподвескиотвертикального положения.Рисунок 1.1 Маятниковый стенд.Основной особенностью экспериментальных исследований мягкойпосадки на натурных макетах СА является то, что они, помимо окончательнойпроверки работоспособности ПУ, оценки его эффективности и надежности,позволяют провести натурную отработку заключительного этапа полета ипосадки на поверхность планеты.Маятниковыймоделированиястендпроцессабросковыхиспытанийприлунения,посколькуненаподходитданномдлястендеотсутствует система разгрузки, а отсюда следует, что данный стендпредназначен для отработки динамики посадки не на полномассовых макетах19спускаемых аппаратов, а на масштабируемых моделях.

В свою очередьмоделирование посадки на Луну на основе масштабируемых моделейимитируется с недостаточной степенью точности.1.2.2. Стенд отработки посадки LAMAСтенд отработки посадки LAMA компании DLR (рисунок 1.2)представляет собой зал с возможностью имитировать поверхность безатмосферной планеты. Основную функцию стенда по моделированию посадкиосуществляетроботизированныймеханизм,которыйобеспечиваетперемещение объекта на заданную поверхность.Рисунок 1.2 LAMA.Использование стенда LAMA для выполнения поставленной задачиявляется вариантом необоснованно завышенной стоимости, связанным сбольшими затратами на создание высокотехнологичного механизма, длярешения не столь масштабной проблемы.

А также стенд LAMA не реализуетсистему разгрузки макета и имитируется только непосредственный контактопор модели с грунтом.201.2.3. 2–х координатный стенд бросковых испытаний2–хкоординатныйстендбросковыхиспытаний(рисунок1.3)полномассового макета представляет собой блочно–тросовую систему с двумяпневмоцилиндрами и подвешенным макетом спускаемого аппарата. Движениепосадочного аппарата осуществляется под управлением ресивера, которыйимеет возможность подавать газ (воздух) под давлением в пневмоцилиндры,и, тем самым, изменять ход рабочего тела последних.

Рабочее телопневмосистемы соединено с блочно–тросовой системой, и изменяя своеположение, может приводить в движение макет посадочного аппарата черезподвижную каретку.Рисунок 1.3 2–х координатный стенд.2–х координатный стенд бросковых испытаний имеет возможность свысокой точностью имитировать посадку макета СА на заданную поверхностьв момент соприкосновения с ней.Ключевымнедостаткомданногостендаявляетсяотсутствиевозможности движения аппарата в 3–х мерном пространстве, что исключаетмножествофакторов,влияющихна21успешноевыполнениезадачимоделирования процесса прилунения. А также на данном стенде нереализована система разгрузки и осуществляется имитация только намасштабируемых моделях.3–хкоординатныйстендбросковыхиспытаний(рисунок1.4)полномассового макета представляет собой модификацию 2–х координатногостенда бросковых испытаний полномассового макета с возможностьюосуществлять движение макета в 3–х мерном пространстве.1.2.4.

3–х координатный стенд бросковых испытаний3–хкоординатныйстендпредставляетсобойсистемутросоввзаимодействующих с макетом посадочного аппарата через навесной каркас,разгружающую систему точной вертикальной стабилизации разгружающеготроса и мостовой кран.Движение начинается после срабатывания разгружающего устройства спрофилированным кулаком и торсионом посредством системы тросов черезнавесной каркас. Навесной каркас включает в себя разгружающую системуточной вертикальной стабилизации разгружающего троса, которая состоит изблочно–тросовой системы, каретки и траверса.Передвижение макета по 3–м координатам происходит за счетмостового крана, который имеет возможность движения по направляющимрельсам.Рисунок 1.4. 3–х координатный стенд.22Наличие разгружающей системы точной вертикальной стабилизацииразгружающего троса и возможность осуществлять движение по 3–мкоординатам позволяет имитировать посадку макета СА с достаточно высокойточностью.В силу сложности системы точной вертикальной стабилизацииразгружающего троса в подвесной конструкции, на стенде не представляетсявозможным реализовать имитацию силы тяжести на Луне.

Так жесоответствующим образом нет возможности отслеживать параметры макетаСА после контакта с площадкой с переменным углом наклона, когдапроисходит отскок макета от поверхности. Данные обстоятельства непозволяют использовать представленный стенд для выполнения поставленнойзадачи.1.2.5. Наклонный стенд бросковыхНаклонный стенд бросковых испытаний полномассового макетапредназначен для экспериментального изучения процесса мягкой посадкикосмическихаппаратовнаЛунуидругиепланетыспомощьюсвободнопадающей натурно подобной модели [24]. Испытательный стендпозволяет провести в наземных условиях исследование устойчивостикосмического аппарата при мягкой посадке, оценить действующие на негоперегрузки, выбрать оптимальную по массе конструкцию посадочногоустройстваиотработатьегоэнергопоглотительныеэлементы[24].Применение сменного грунта, имитирующего поверхностный слой Луны,существенно расширяет возможности стенда [24].Наклонный стенд имеет наиболее простую форму конструкции исостоит из следующих элементов:•поворотнаяплатформасимитаторомгрунтапланетыивозможностью изменения угла наклона между нормалью к поверхностиплатформы и плоскостью горизонта;23•маятниковая система подвеса макета с возможностью изменятьугол отклонения линии подвеса макета СА от вертикальной плоскости;•система сброса модели с возможностью варьировать степеньотклонения макета спускаемого аппарата от точки соприкосновения споверхностью;а)б)Рисунок 1.5.