Некоторые ранние работы, проведенные в НИИ...

50 лет

со

дня первого

полета

человека

в

космос

Некоторые

ранние

работы, проведенные

в

НИИ Академгородка, связанные

с

полетами

в

космос

Проф. Пальчиков

Е.И. НГУ, ИГиЛ

www.phys.nsu.ru

Институт

гидродинамики. Конец

50-х

–

начало 60-х

годов

Проблема

защиты

от

метеоритного

удара

Испытание

иллюминатора

космического

корабля

«Восток», скафандра

космонавта

и

трубопроводов

КА

на

удар

метеорита.

Кадры

скоростной

съемки. Видно

разрушение

в

области

второго фокуса

–

хотя

туда

метеорит

не

попадал.

01

www.phys.nsu.ru

Кумулятивные

струи. М.А. Лаврентьев

показывает

на

лекции

в

ЛФМШ

устройство

кумулятивного

заряда

Газовая

кумулятивная

струя

использовалась

для

разгона

искусственного

метеорита02

www.phys.nsu.ru

Действие

кумулятивного

снаряда

ДефEV

2

2

Применимы уравнения

и модели гидродинамики

Металл

течет

как

жидкость

Первым

теоретическую

модель

действия кумулятивного

заряда

создал

М.А. Лаврентьев 03

www.phys.nsu.ru

Атомная

бомба

–

кумулятивное

устройство

Необходимо

как

можно

быстрее собрать

сферическую

металлическую

оболочку

в сплошной

шар.

При

этом

оболочка

ведет

себя как

жидкость

Музей

ядерного

оружия

в Федеральном

ядерном

центре

(г. Саров).

Первый

Советский Артиллерийский

атомный

снаряд

04

www.phys.nsu.ru

Шарик

втягивается

в

газовую

струю

Это

явление

было

использовано

учеником

М.А. Лаврентьева В.М. Титовым

(ныне

академиком

РАН) для

разгона

стальных

шариков

газовой

кумулятивной

струей.Скорость

газовой

кумулятивной

струи

может

достигать

60 км/с.

Шарик

можно

разогнать

до

скоростей

7-12 км/с

ConstghPV

2

2

Согласно

уравнению

Бернулли

в

средине

струи

скорость

V больше, а давление P

меньше

05

www.phys.nsu.ru

Иллюминатор

космического

корабля «Восток»

после

воздействия

метеорита

06

www.phys.nsu.ru

Моделирование

ударов

метеорита

Удар

метеорита

по

окну

и

следующему

за

ним

экрану

из

алюминия.Вид

спереди

07

www.phys.nsu.ru

Моделирование

ударов

метеорита

Удар

метеорита

по

окну

и

следующему

за

ним

экрану

из

алюминия.Вид

сзади

08

www.phys.nsu.ru

Один

из

26 двигателей

ориентации космического

аппарата

типа

«Восток»

и

«Космос»

(масса

КА

3-5 тонн)

Трубопроводы, подводящие

топливо

и

окислитель

–

критические

элементы

КА, чувствительные

к

метеоритному

ударуТакже

чувствительными

являются

солнечные

батареи, пробой

которых

приводит

к

выходу

из

строя

КА 09

Штуцера

подводки

топлива

и

окислителя.

На

поверхности

космического

аппарата

–

52 трубочки

www.phys.nsu.ru

Электромагнитные

рельсотронные

пушки

и

блоки

питания

для

них

– взрывные

магнитно-кумулятивные

генераторы. ИГиЛ

СО

РАН.

Токи

–

10-100 миллионов

ампер. Энергия

электрического импульса

–

до

10 МДж. Скорости

–

до

7 км/с

10

www.phys.nsu.ru

Профили

композитных

стволов

разных

калибров

и кратер

в

дюралюминии

от

попадания

пластмассовой

пульки

из

ствола

малого

калибра

(ствол

справа

внизу)

11

www.phys.nsu.ru

Сварка взрывом

•

Сопловые

насадки

двигателей

КК

из биметаллических

материалов

Титан-

ниобий

и

др.

12

www.phys.nsu.ru

Головная

часть

ракеты-носителя

Р-7

Музей

ядерного

оружия

в

Федеральном

ядерном

центре. Первая

Советский

атомная

межконтинентальная

боеголовка

–

головная

часть

ракеты

Р-7

Спускаемая

капсула

КК

«Восток»

Ракета-носитель

Р-7 –

основа

КК

«Восток» 13

www.phys.nsu.ru

Различные

пути

в

космос

СоюзСатурн-5 (Лунная

программа)

Спэйс-Шаттл Буран Ариан-5

1 –

многоступенчатая

ракета

2 –

ракета

с

воздушно- космическим

самолетом

Протон

14

www.phys.nsu.ru

3-ий

путь

–

воздушный

старт. Многоцелевая

аэрокосмическая

система

(МАКС)

Воздушный

старт

с

самолета-носителя

АН-225 «Мрия»

на

высоте

8,5 км 15

www.phys.nsu.ru

Преимущества

МАКСМАКС

обладает

принципиальными

преимуществами

перед

используемыми

и

проектируемыми

системами:

•

кардинальное

снижение

удельной

стоимости

выведения

полезных

грузов

на

орбиту

(до

~ $800-1000 за

кг.)

по

сравнению

с

одноразовыми

ракетами-носителями($12,000–

15,000 за

кг)

и

многоразовыми

средствами

выведения

первого

поколения

("Буран", СССР

и

"Space

Shuttle", США);•

использование

подвижного

воздушного

старта

орбитальной

ступени

с

самолета-

носителя, исключение

необходимости

использования

космодромов;•

многоразовость

применения:-

самолет-носитель

до

1000 раз

-

орбитальный

самолет

до

100 раз

-

маршевый

ЖРД

до

15 раз•

возможность

выведения

на

орбиты

с

необходимым

фазированием

и

параллаксом

относительно

аэродрома

вылета;•

минимальное

акустическое

воздействие

на

поверхность

Земли

при

старте

второй

ступени;

•

возможность

широкого

маневрирования

в

продольной

и

боковой

плоскостях

(до

2000 км) при

возврате

с

орбиты;•

малые

сроки

подготовки

к

повторному

вылету; высокая

оперативность

применения, особенно

для

спасательных

операций:-

выход

на

заданные

наземные

(морские) районы

за

2-3 часа;-

выход

к

космическим

объектам

за

2-6 часов;-

срочная

доставка

информации

на

Землю.•

возможность

возврата

полезных

грузов

(до

4,6 т)

и

их

многоразового

использования;

•

возможность

возврата

МАКС

при

отмене

пуска;•

повешение

надежности

и

безопасности

выполнения

космических

операций;•

экологическая

чистота

(сокращение

полей

падения

ступеней

с

отсутствием

постоянных

зон

отчуждения

и

применение

нетоксичных

компонентов

топлива);•

реализация

проекта

не

требует

введение

в

действие

дополнительных

производственных

мощностей

при

многолетней

гарантированной

загрузке

более

400 тыс. рабочих

мест

в

России

и

Украине. 16

www.phys.nsu.ru

Модификации

ТТО

-1 для

снабжения

и обслуживания

орбитальных

станций

или

спасательных

операций

ТТО

-2 для

снабжения

и обслуживания

беспилотных

(автоматических) орбитальных платформ 17

www.phys.nsu.ru

Элементы 2-й ступени

РД-701 – трехкомпонентный

двигатель

(водород кислород

-

керосин)

Внешний

топливный

бак

2 ступени

для

криогенных

компонентов

топлива18

www.phys.nsu.ru

Внешний

топливный

бак–

вид

сзади

19

www.phys.nsu.ru

Вторая

ступень

–

орбитальный

самолет. Вид

сбоку

20

www.phys.nsu.ru

Орбитальный

самолет. Вид

сзади

21

www.phys.nsu.ru

Общий

вид

второй

ступени

МАКС. Базовый

вариант

ОС.

22

www.phys.nsu.ru

Сравнительные

технические

характеристики

МАКС

Параметр ОС-П ОС-Б МАКС-Т МАКС-М

Взлетная

масса

МАКС

на

ВПП, т 620 620 620 620

Стартовая

масса

второй

ступени, т 275 275 275 275

Масса

орбитального

самолета, т: 26,9 26,9

Масса

полезного

груза

(Н=200 км), т:

орбита

i=51° 8,3 9,5 18 5,5

орбита

i=28° 19

орбита

i=0° 19,5 7,0

Масса

полезного

груза

(i=51°

), т:

орбита

Н=400 км 6,9 8,0 17,3

орбита

Н=800 км 4,3 5,4 16,1

геостационарная

орбита

(Н=36000 км, i=0°

) до

5,0

Экипаж, человек 2

Диапазон

высот

рабочих

орбит, км 140...1500 140...1500 140...36000

Длина

отсека

полезного

груза, м 6,8 8,7 13 7

Диаметр

отсека

полезного

груза, м 2,6 2,7 5 4,6

Диапазон

возможных

наклонений

орбит, град:

широта

точки

старта

46° 28-97 28-97 28-97

широта

точки

старта

18° 0-97 0-97 0-97

Боковая

дальность

при

спуске

с

орбиты, км до

2000 до

2000 до

1200

Посадочная

скорость

ОС, км/час < 330 < 330 < 330

Продолжительность

полета, сут. 5 3023

www.phys.nsu.ru

Существует

четвертый

путь

–

воздушно-космический корабль

с

прямоточным

детонационным

двигателем.

Был

предложен

и

исследован

в

СССР

в

начале

60-х

годов

Особенности

параметров

ВКК•

Взлет

с

ВПП, выход

в

космос

и

посадка

на

ВПП

–

без

дополнительных

ступеней•

Боковой

маневр

при

посадке

– 7-8 тыс. км

То

есть

–

посадка

на

любой

аэродром

СССР

на

любом

витке•

Взлетный

вес

120-200 т

•

Топливо

–

водород•

Окислитель

–

воздух, кислород. Кислород

–

только

для

полета

в

вакууме. Не

нужно

брать

с

собой

много

кислорода, который

в

16 раз

тяжелее

водорода.24

www.phys.nsu.ru

Компоновка

ГПВРД

на

ВКС

при

просчете

центровки. Видно, что

одна

из

стенок

двигателя

–

корпус

самолета

25

www.phys.nsu.ru

Воздушно-космический

самолет

–

положение

скачка уплотнения

(ударной

волны) при

разных

скоростях.

Геометрия

корпуса

задается

формами

ударной

волны и погранслоя

26

www.phys.nsu.ru

Прямоточный

двигатель

с

горением

топлива

в

режиме детонации. Четыре

скоростных

режима

27

www.phys.nsu.ru

28

Система

ВКК

была проработана

до

чертежей

и комплектующих. Были

проведены

поблочные испытания

www.phys.nsu.ru

Институт

Гидродинамики

им. М.А. Лаврентьева с

1965 г

разработал

ряд

конструкций

ГПВРД

Детонационный

двигатель:•

импульсный;

•

с

вращающейся

ДВ;•

прямоточный 29

www.phys.nsu.ru

ВКК

–

общий

вид

–

схема

–

1966 г.

30

www.phys.nsu.ru

ИГиЛ

СО

РАН. Высокоэнтальпийная гиперзвуковая

аэродинамическая

труба

А-1

•

Моделирование

коридора

входа баллистических

объектов

в

атмосферу

по

скоростям

и

числам Рейнольдса

–

от

орбиты

до

поверхности

Земли. Заказчик

– ЦАГИ

•

Рабочая

среда

–

воздух

(а не водород)

•

Давление

в

форкамере

15 тысяч атм.

•

Температура

в

форкамере

3000

С•

Сопло

–

медь, объемно

обогащенная

кислородом

методом взрыва

•

Уплотнение

цилиндров компрессора

–

индий. Диаметр

поршня

–

больше

диаметра цилиндра

31

www.phys.nsu.ru

ИГиЛ

СО

РАН. 1969 –

1975. Высокоэнтальпийная гиперзвуковая

аэродинамическая

труба

А-1. Заказ

ЦАГИ

–

1/10 от

полного

размера.

32

www.phys.nsu.ru

ГИПЕРЗВУКОВАЯ

АЭРОДИНАМИЧЕСКАЯ ТРУБА

АТ-303

33

www.phys.nsu.ru

Области

чисел

Рейнольдса

(Re

=

vLρ/η)

и

скоростей для

ВКС

и

для

челночного

корабля

типа

«Буран».

Области

моделирования

аэродинамических

труб

34

www.phys.nsu.ru

Моделирование

полета

воздушно-космических

самолетов ГИПЕРЗВУКОВАЯ

АЭРОДИНАМИЧЕСКАЯ

ТРУБА

АТ-303

Испытания

полета

воздушно

-

космических

самолетов

и

ракет. Земля

–

космос

–

Земля

-

на

всех

этапах.

( ИГиЛ

СО

РАН, ИТПМ

СО

РАН, КТИ

ГИТ

СО

РАН) 35

www.phys.nsu.ru

НГУ.

НИЧ

ОАИ

(отдел

атмосферных

исследований) Воздействие

на

КА

факторов

солнечной

активности

и

электризацииРазработка

АКВС

-

аппаратуры

контроля

внешней

среды

космического

аппарата

36

www.phys.nsu.ru

Прохождение

спутника

через

радиационные

пояса

1 –

геомагнитное

поле,

2 –

траектория

частицы,

3 –

нижняя

граница радиационного

пояса

7 –

траектория

спутника

•

Навигационные спутники

«Навстар»

и

ГЛОНАСС

летают в

радиационных

поясах

•

Геостационарные спутники

при

вспышках на солнце проходят

через

ударную

волу

и сверхзвуковой

поток

плазмы

2 раза в

сутки 37

www.phys.nsu.ru

АКВС

-

аппаратура

контроля

внешней

среды Является

штатной

(обязательной) для

всех

спутников

на

верхних

орбитах

. Изготавливается

в

НГУ

(Новосибирск)

Непрерывный

контрольНапряженности

электрического

поля, Пробоев

по

поверхности

и

по

объемуДавления

в

вакууме

возле

КА

Непрерывный

контрольЗаряда

(напряжения

КА

относительно

окружающей

плазмы)Потоков

частиц

Накопленной

дозы

излучения 38

www.phys.nsu.ru

АКВС

с

дополнительным

датчиком

микрометеоритов

39

www.phys.nsu.ru

Пример

спутника

с

обязательной

системой

АКВС

40

www.phys.nsu.ru

ИАиЭ. Конец

60-х

–

начало

70-х. Системы ввода/вывода/оцифровки

изображений

астродиапозитивов

и

космической

съемкиПроблемы:

•

Обработка

космических

снимков•

Оперативный

прогноз

пролета

спутников

по

наземным

снимкам

неба

•

Photomation

и

аналогичные

зарубежные

приборы

–

полное

эмбарго на

поставку

в

СССР

«Ромб» - сканер

и

фотопостроитель

в

цилиндрических

координатах. Точность

позиционирования

–

10 мкм. Выпускался

серийно

и

полностью

удовлетворил

потребности

ИКИ

и

ИППИ.

Система

«Зенит» –

в

декартовых

координатах. ΔL/L~10-11, ΔL~1000Å 41

www.phys.nsu.ru

ИАиЭ. Тренажеры

для

космонавтов. Буран, МИР

Разработка

и

создание

компьютерных

тренажеров

для

стыковки, маневрирования, посадки. Проект

«Аксай», проект

«Альбатрос»

и др. Снимок

1986 г.Ученые

Института

автоматики

и

электрометрии

Сибирского

отделения

РАН

работают

с

Центром

подготовки

космонавтов

более

40 лет. В

настоящее

время

–

разработка

компьютерных

тренажеров, а

также

различных

моделей

визуализации.42

www.phys.nsu.ru

КБ

СП

НФ

ИТМиВТ

Программное

обеспечение

и системы

управления

КБ

СП

(академгородок) –

конструкторское

бюро

системного программирования. (Детский

пр. 9)

Машины

5Э92, 5Э51Управление

ракетами

ПРО

и

стратегическими, локаторами

Дунай-2,

Дуга, Дарьял, Дон, Волга

НФ

ИТМиВТОперационные

системы

реального

времени

и

программное

обеспечение

для

ЭЛЬБРУС

1, 2, 3 –

управление

комплексом

«Буран»

БЭСМ

- 6 Эльбрус

- 2 43

www.phys.nsu.ru

1 -

РЛС

типа

"Дарьял" 2 -

РЛС

типа

"Днепр" +

сооружаемая

РЛС "Дарьял-У"

3 -

РЛС

типа

"Волга" 4 -

РЛС

типа

"Днепр"

данные

приведены

по состоянию

на

начало

2000 года.

44

www.phys.nsu.ru

ЗРЛС

типа

«Дуга»

45

www.phys.nsu.ru

РЛС

СПРН

«Дарьял»

46

www.phys.nsu.ru

РЛС

системы

ПРО

Москвы

Дон-2Н

47

www.phys.nsu.ru

Новое

поколение

Эльбрус Микросхема

«Эльбрус-S», предназначенная

для

комплектования

вычислительных

средств

в

системах

вооружения

(ЗАО

МЦСТ)Основные

характеристики

микросхемы

«Эльбрус-S»

(1891ВМ5АЯ):•

Рабочая

тактовая

частота, МГц

500•

Разрядность

данных

-

целые

8, 16, 32, 64

-

вещественные

80, 64, 32•

Пиковая

производительность

на

арифметических

вычислениях

-

64 разряда

(вещественная

арифметика), млрд. вещ. оп./с

4

-

32 разряда

(вещественная

арифметика), млрд. вещ. оп./с

8 -

16 разрядов

(целочисленная

арифметика), млрд. оп./с

8 - 8 разрядов

(целочисленная

арифметика), млрд. оп./с

16•

Пиковая

производительность

на

смешанных

вычислениях, млрд. оп.сек

-

64 разряда

10 млрд. оп.сек

-

32 разряда

16,5 млрд. оп.сек

-

16 разрядов

21,5 млрд. оп.сек

- 8 разрядов

39,5 млрд. оп.сек•

Технологический

процесс

КМОП, нм

90•

Количество

транзисторов, млн. шт. 218•

Напряжения

питания, В1,1; 1,8; 2,5•

Потребляемая

мощность, Вт

-

максимальная

20 -

типовая

не

более

13 Тип

корпуса

/ количество

выводов, шт. HFCBGA / 1156•

Размеры

корпуса, мм

35 x 35 x 3,248

www.phys.nsu.ru

Установка

для

молекулярно

лучевой

эпитаксии

49Студенты

НГУ

на

экскурсии

в

ИФП

www.phys.nsu.ru

г. Чик

новосибирской

областиСпускаемый

модуль

космического

корабля

«Восток»

50Россия

–

космическая

держава! На

её

территории

космические

аппараты

встречаются

повсеместно

www.phys.nsu.ru

Вопросы есть?

Спасибо за внимание !www.phys.nsu.ru

Зарубежные

фирмы

продолжают

работы

по

ВКК

HTV-2 20M X43-A 10M

www.phys.nsu.ru