Сулейменов Е. З., Кульевская Ю. Г., Улезько Г. Г., Галанц Э
| Вид материала | Реферат |
- Географический факультет, 1394.03kb.
- Улезько Галина Филипповна. 9 класс урок, 96.32kb.
- Т. А. Сулейменов Курс лекции по философии Шымкент-2010 г. 1-лекция, 1988.6kb.
- Г. В. Сулейманова Трудовое право Учебное пособие, 6241.58kb.
2.1.1 Приборы и методы научных исследований космического
пространства
Проведены модернизация квантово-оптической системы (КОС) "Сажень-С" и работы по включению ее во всемирную сеть. Изучена возможность использования телескопической системы для определения всемирного времени. Разработана методика спектрофотометрических наблюдений звезд. Исследованы характеристики ударных волн от наземных источников в околоземном космическом пространстве, разработано программное обеспечение сетевого доступа к каталогу базы данных для интерактивного поиска информации дистанционного зондирования Земли (ДЗЗ) через сеть Internet, управления приводом антенной установки для модернизации станции приема при переходе на диапазон 8,2 ГГц.
Построена адекватная модель распространения солнечных космических лучей (СКЛ) высоких энергий в гелиомагнитосфере. Результаты могут быть использованы для контроля и прогноза радиационной обстановки в космосе [41-45].
В плане работ по модернизации экспериментальной высокогорной базы "Космостанция", на которой проводятся исследования околоземного космического пространства и космических лучей, восстановлена инфраструктура базы, модернизирован нейтронный супермонитор 18NM64 за счет установки дополнительных счетчиков и замены устаревшего оборудования. Создан высотный спектрометр космических лучей на высоте 4000 м [46].
Разрабатываются дистанционные методы анализа поверхности и спектроскопии пучков заряженных частиц для космических технологий.
Определены требования к конструкции электростатических энергоанализаторов с торцевым полем, предназначенных для спектральных измерений потоков заряженных частиц с энергией до 10 кэВ в космическом пространстве. Подготовлен проект технических предложений по оснащению МКС энергоанализаторами [47].
Для изучения предельных энергий космических лучей составлены принципиальные схемы детекторов и спектрометра для размещения на модуле ФГБ-2 орбитального измерительно-вычислительного комплекса, используемого для исследования энергетического спектра космических лучей. [48]. Разработана техническая документация на приборное оснащение для реализации казахстанской научной программы на ФГБ-2 Представлены общие проектные сведения, конструктивные и схемные решения многоцелевого лабораторного модуля. Дана оценка стоимости и сроков реализации программы [49].
Казахстанские ученые принимали участие в создании международной системы радиационного мониторинга космического пространства. Ими разработано программное обеспечение для графического представления характеристик космических лучей и других параметров космической погоды по данным космических аппаратов. Создана система передачи оперативной информации, регистрируемой на высокогорном нейтронном мониторе [50]. Подготовлена эскизная конструкторская документация экспериментального образца бортового датчика интегральной накопительной дозы естественного ионизирующего излучения космического пространства. Подготовлены технические предложения по экспериментальной системе мониторинга естественного ионизирующего излучения [51]. Модернизированы наземные установки по регистрации космических лучей. Разработаны комплект рабочей конструкторской документации датчика интегральной накопленной дозы, методика прогнозирования протонных событий [52].
Разработан проект установки для изучения массового (элементного) состава и энергетических спектров галактических космических лучей на основе прямых измерений. Детектор представляет собой стопку толсто- и тонкослойных ядерных фотоэмульсий, прослоенных свинцовым поглотителем толщиной 5 мм [53].
2. 1.2 Космическая техника и технологии
Проводятся работы по созданию специального конструкторско-технологического бюро космической техники. Разработана структура СКТБ, определен состав специалистов, арендованы помещения для конструкторских отделов и испытательной лаборатории. Рабочие места оборудованы организационной и вычислительной техникой. Проведены тендеры на оснащение испытательной лаборатории специальным оборудованием. Штат СКТБ укомплектован специалистами, составлена программа их обучения [54]. . Определен сегмент рынка, занимаемый СКТБ КТ, подготовлена бизнес-модель его деятельности. Определены технические требования к общему и специальному программному обеспечению, технологическому оборудованию для сборки и испытаний космических аппаратов, производственным помещениям [55, 56].
С целью разработки технико-экономического обоснования создания универсальной космической платформы для обеспечения функционирования космических аппаратов на низкой околоземной и геостационарных орбитах были систематизированы сведения о тактико-технических, производственных и экономических показателях космических аппаратов, универсальных космических платформ, средств выведения. [57]. Обоснованы требования к принципам построения, целевым характеристикам космической платформы. Определен класс перспективных платформ Проанализированы экономические перспективы различных технических вариантов компоновки универсальной космической платформы. Определены факторы, влияющие на стоимость изделия. Разработано ТЭО [58,59].
Проведен анализ существующих КА ДЗЗ, возможностей и функционального наполнения бортовой аппаратуры, эксплуатационных характеристик КА, существующих и перспективных космических платформ для КА ДЗЗ. Для этого была собрана информация о действующих и перспективных космических аппаратах (КА) дистанционного зондирования Земли (ДЗЗ), космических платформах США, России, Украины, Франции.
Проанализированы функциональные возможности бортовой аппаратуры,
применяемой для ДЗЗ. Проведена классификация КА ДЗЗ по разрешающей способности оптико-электронной и радарной аппаратуры, массе и потребляемой мощности [60]. Проведены предпроектные исследования. Подготовлено ТЭО проекта. Разработана 3D-модель космического аппарата. Предложены мероприятия по обеспечению безопасности на этапах создания космического аппарата с оптико-электронной целевой аппаратурой среднего разрешения [61]. Сформирован облик спутника научного назначения. В качестве аналогов выбраны реализованные проекты "Деметер" (Франция) и "Компас-2" (Россия). Составлено технико-экономическое обоснование Определена основная задача аппаратов - исследование ионосферных предвестников землетрясений]. Определены потребности учреждений, ведомств в космических аппаратах научного назначения. Разработаны: технико-экономическое обоснование космической системы научного назначения в составе космического аппарата, наземного комплекса управления, наземного целевого комплекса; технические предложения по составным частям системы;техническое задание на эскизные проекты [62-64].
На базе самолетов МиГ-31Д создается авиационный ракетно-космический комплекс "Ишим». Он предназначен для выведения на низкие околоземные орбиты полезной нагрузки массой до 160 кг. Комплекс обеспечивает запуск нагрузки на орбиту любой требуемой плоскости, не требует создания космодромов и отчуждения территорий под зоны падения ступеней ракеты-носителя, автономен, мобилен, обслуживается минимальным числом технического персонала. Разработаны эскизный проект и технико-экономическое обоснование комплекса Обоснованы технические и технологические характеристики комплекса "Ишим". Проведены экспериментальные исследования моделей самолета-носителя МиГ-31Д с космической ракетой-носителем в аэродинамической трубе.]. Проведены экспериментальные исследования моделей самолета-носителя МиГ-31Д с космической ракетой-носителем в аэродинамических трубах. Комплекс автономен и мобилен, дает возможность осуществлять оперативные запуски с территории заказчика [65-67].
Проводится цикл работ по техническому оснащению многоцелевого лабораторного модуля на базе ФГБ-2 для реализации казахстанской научной программы. Разработаны: компактная установка молекулярно-пучковой эпитаксии для выращивания нитевидных кристаллов нанометрового диапазона; устройство очистки воздуха МКС с многократно регенерируемыми пористыми адсорбентами на основе фосфатов кальция; установка для изучения элементного состава и энергетического спектра галактических космических лучей; криоконденсационный модуль для проведения низкотемпературных исследований на внешней поверхности ФГБ-2; устройства для механических испытаний образцов из различных материалов на растяжение, сжатие, изгиб, кручение в условиях космического пространства. Определены требования к конструкциям приборов для измерений потоков заряженных частиц с энергией до десятков кэВ [68].
Проведен анализ факторов космического пространства, оказывающих негативное воздействие на функционирование бортовой радиоэлектронной аппаратуры. Выбраны материалы локальных экранов для защиты бортовой радиоэлектронной аппаратуры от ионизирующих излучений. Осуществлено моделирование космических излучений.Изготовлены опытные образцы локальных экранов для защиты бортовой электронной аппаратуры от действия космических излучений. Определена степень поглощения рентгеновских и гамма-линий защитного экрана ВНЖ. Проведены радиационные испытания опытных образцов локальных экранов [69-71].
В условиях комплексного воздействия факторов космического пространства возможны сбои и отказы модулей памяти бортовой аппаратуры на многоцелевом лабораторном модуле ФГБ-2. Изучены процессы деградации элементной базы бортовых устройств. Показано, что в наземных моделирующих условиях могут быть использованы протоны с энергией 30 МэВ, осколки деления с энергией 1 МэВ/нуклон. Подготовлены методики регистрации и контроля энергетических спектров ускоренных ионов и продуктов ядерных реакций, необходимых для наземного моделирования сбоя электронных узлов. Отработаны режимы облучения трековых детекторов в моделирующем наземном эксперименте. Детекторы изготовлены из композиционных полиимидных материалов [72].
Выполнен монтаж оборудования для моделирования космического излучения наземными источниками ионизирующих излучений. Проведены тестовые эксперименты по моделированию космических излучений и регистрации ионизирующих излучений. Рассчитана дозовая нагрузка на критические элементы бортовой электронной аппаратуры. Cпектрометрически измерены первичное (падающее) и вторичное (образовавшееся при прохождении через вещество) ионизирующие излучения [73].
Подготовлены технические предложения по оснащению ФГБ-2 криоконденсационным модулем для проведения исследований состава собственной атмосферы МКС и влияния криоконденсированных газов на оптические характеристики охлаждаемых оптических элементов [74].
Исследования в области космических технологий, в основном, относятся к материаловедению. Это - физические основы направленного формирования структуры и свойств металлов и сплавов под влиянием невесомости, термической обработки, пластической и сверхпластической деформации; исследование расслаивающихся систем в условиях микрогравитации, структуры и свойств космических образцов после доставки на Землю; изучение воздействия открытого космического пространства на физические свойства магнитных и сверхпроводящих оксидов; исследование расплавов в условиях микрогравитации.
В результате отработаны методики изучения расплавов в космосе. Разработана методика экспрессного исследования металлических систем – метод термодиффузии. Изучена термодиффузия металлов в твёрдом и жидком состояниях. Установлено, что сплавы монотектических систем расслаиваются в земных и космических условиях. Выявлены характерные типы микро- и макрорасслаивания. Диффузия проявляется послойным взаимодействием компонентов и интенсивным локальным проникновением одного из них в матрицу другого по особым областям в жидкой фазе ("каналы быстрой диффузии"). Разработана математическая модель термодиффузии для жидкого металла, позволяющая рассчитать поля скорости, температуры и концентрации [75]. Исследованы металлические композиции с различными типами взаимодействия компонентов. Выявлено направленное формирование при термодиффузионной обработке в зоне контакта диффузионных слоев, в приграничных областях - пересыщенных твердых растворов с каналами быстрой диффузии. Изучено строение каналов быстрой диффузии в сплавах. Определены оптимальные режимы термодиффузионной обработки сплавов. Получены многослойные структуры на основе алюминидов титана. Установлено, что эволюция микроструктуры, температурно-временные интервалы существования фаз, кинетика превращений зависят от метода нанесения слоя. Синтезированы образцы иттриевых купратов, церата бария и манганита. Составлены технические условия на способ изготовления фотоэлемента CuInSe[2]/CdS [76].
Космические эксперименты в рамках комплексной программы проведения научных исследований Республики Казахстан на борту МКС показали различные типы расслаивания сплавов, возможность протекания двух видов диффузии – послойной и ускоренной по каналам быстрой диффузии, а также протекания жидкофазных физико-химических реакций с образованием различных фаз и соединений. Они и формируют структуру расплавов, обуславливают их гидрогенизацию и сложный фазовый состав при охлаждении и кристаллизации. Полученные результаты могут быть использованы при совершенствовании космических и наземных технологий и открывают возможность получать заданные структуры и свойства материалов [77-82].
Исследованы оптические явления в верхней атмосфере, молекулярно-биологические механизмы воздействия факторов космического пространства на гены высших организмов, специализированные продукты питания для космонавтов [83].
Изучались спектральные характеристики охлаждаемых элементов информационно-оптических систем космического базирования. Изучено влияние криовакуумных конденсатов паров воды на спектральную отражательную способность зеркал. Рассмотрено влияние температуры конденсации и концентрации примеси (воды) на спектральную отражательную способность криоконденсатов двуокиси углерода. Переход от аморфного к кристаллическому состоянию криоконденсата двуокиси углерода стимулирует процессы водородосвязывания молекул воды, изолированных в матрице CO[2]. Отмечена зависимость скорости роста и коэффициентов преломления тонких пленок криовакуумных конденсатов модельных газов от температуры поверхности криоосаждения и давления газовой фазы [84].
Разработана конструкция криоконденсационной ловушки для изучения влияния криоконденсации на оптические характеристики охлаждаемых оптических элементов. Исследована зависимость скорости и коэффициентов преломления криоконденсатов модельных газов от условий криоосаждения (температура конденсации, давление газа) на охлаждаемых зеркальных подложках. Выведены зависимости фазообразования криовакуумных конденсатов воды и двуокиси углерода в чистом виде и в режиме соконденсации с азотом [85].
2. 1.3.Управление движением космических аппаратов и искусственных небесных тел
Создан многофункциональный командно-измерительный комплекс по сопровождению космических аппаратов и контролю космического пространства на базе восстановленной и модернизированной наземной инфраструктуры и технических средств полигона Сары-Шаган. Комплекс предназначен для обслуживания отечественных и зарубежных космических аппаратов на низких, средних и высоких орбитах [86,87]. Проведены инженерно-геодезическая топосъемка и инженерно-геологические изыскания, профилактические работы на антенном комплексе. Разработаны технические требования к организации телефонной связи, пуско-наладочным работам. Проект реализуется на базе имеющегося оборудования (12-метровые антенные системы ТНА-57, антенная система Б-834, квантово-оптическая система "Сажень-С") [88].
Разработан программный комплекс, который может быть использован при решении задач небесной механики, космической динамики, исследованиях околоземного космического пространства с помощью искусственных спутников Земли.
Разработаны алгоритмы обработки траекторной и телеметрической информации на основе методов оптимальной фильтрации для оперативного контроля движения летательных аппаратов на активном участке траектории [89].
Рассмотрены математические модели задач оптимального управления пространственной переориентацией космического аппарата, расчета оптимальной траектории запуска двухступенчатой ракеты [90]. Подготовлена рабочая документация по проекту: Создание центра отображения полетной информации о стартующих ракетах-носителях
[91].
2. 1. 4 Неуправляемое движение космических аппаратов и искусственных небесных тел
В результате комплексных исследований по физике и динамике звездных систем и подвижных космических объектов создан зональный каталог геостационарных спутников. Приведены параметры орбит 259 активных и пассивных объектов, выделены их основные типы, фотометрические характеристики [92-94].
2.1.5 Использование космических систем для связи и навигации
4 октября 1957 года с запуском первого спутника Земли началось освоение космической связи. На начальном этапе освоения космического пространства космическая связь имела вспомогательное значение в обеспечении полетов космических кораблей, но в короткий срок выросла в самостоятельное направление.
Постоянно совершенствующиеся спутниковые системы связи обеспечивают потребности населения в области телекоммуникаций, информации, культуры и образования. С помощью спутников связи стало возможным обеспечение связью самых отдаленных и труднодоступных уголков земного шара. Они также обеспечивают для населения фиксированную и подвижную связь, в частности, телефонную, телексную и факсимильную, передачу данных на всей территории Земли, включая водную поверхность, полярные области и воздушное пространство, видеотекста, телевизионных и радиопередач. С помощью спутников связи создана Глобальная навигационная спутниковая система (ГНСС), Международная система поиска и спасения (КОСПАС-САРСАТ), обеспечен доступ во всемирную сеть Internet. Космические системы связи сделали уникальную вещь – далекое стало близким и доступным.
В настоящее время спутники связи представляют собой наиболее наглядное и экономически успешное применение космической техники, и являются наиболее эффективным стимулом экономического и социального развития на национальном, региональном и глобальном уровнях [95].
После распада Советского Союза Казахстан встал перед проблемой создания своей собственной системы телерадиовещания и связи. Ввиду таких факторов как: неразвитая инфраструктура, тяжелые климатические условия, большие территориальные пространства, эта сеть должна быть только спутниковой. По сообщению пресс-службы правительства срок окупаемости проекта, предлагаемого российским "Газкомом", может составить 8 лет. В случае вывода спутника групповым способом, запуск может стоить $25-30 млн. В случае выведения спутника на орбиту в качестве "попутного груза" при запуске более тяжелых космических аппаратов, стоимость запуска может быть снижена до $10 млн. Разрабатываемый ГКНПЦ им. Хруничева спутник на малой платформе «Яхта», по информации "Панорамы", с полезной нагрузкой 100-130 кг и САС в 10-12 лет стоит около $50 млн. Создание национального спутника связи является ключевой частью развития национальной системы связи, что позволяет внедрить новые технологии в области космических систем телекоммуникаций и связи, включая сети доступа в Интернет, обеспечить информационную независимость и безопасность Республики. Минтранском РК заказало в Международный союз электросвязи (МСЭ) три орбитальные точки на ГСО, при выводе КА на которые государство получит полное покрытие сетью теле-, радиовещания, связи, передачи данных как своей территории, так и большей части всех приграничных стран. Необходимость создания собственных казахстанских спутников, как связи так и мониторинга в ближайшие 10 лет является насущной. Тем более, что срок аренды у ГКНПЦ им. Хруничева нынешней точки стояния заканчивается через 15 лет.
Реализация проекта в рамках концепции развертывания низкоорбитальных спутниковых систем (группировок), позволит РК предоставлять необходимые услуги, наращивая и расширяя свою сеть по мере роста потребностей и согласно выдвинутым правительством Казахстана условиям к партнерам, даст большие выгоды в виде обучения и подготовки казахстанских кадров непосредственно в процессах разработки, испытаний и запусков спутников, передачи новых космических технологий, создании наземных комплексов управления на территории Казахстана, модернизации телекоммуникационной инфраструктуры РК. Также Казахстан получит возможность в дальнейшем эксплуатировать и обслуживать собственными силами и средствами всю национальную группировку орбитальных спутников различного назначения, а также предлагать подобные услуги для сопредельных государств и для обслуживания глобальных систем.
Осуществлен анализ рынка космической отрасли. Сформирован облик спутника, подготовлено техническое задание к его разработке [96]. Дан анализ спутниковых систем связи и телевещания, рынка спутниковой связи. Обосновано создание геостационарного спутника связи [97].
По сообщению Института космических исследований Казахстана (ИКИ) проработаны три типа отечественных спутников: геофизический, дистанционный и связи. Первый будет отвечать за исследование предвестников землетрясений, второй - зондировать поверхность Земли, а третий обеспечит современную связь. Если вопрос обеспечения национальным телевизионным и радиовещанием решается с помощью геостационарного спутника «Казсат», то персональная спутниковая связь, телефония и передача данных остается открытым вопросом. В этом контексте участие в проекте низкоорбитальной системы персональной спутниковой связи и передачи данных таких как "Гонец-П", «Orbcomm» или «Inmarsat» позволит Казахстану создать наземную инфраструктуру для организации в диапазонах 0,3-0,4 Ггц зональной, сельской связи, передачи данных мониторинга окружающей среды, а также развернуть единый наземный комплекс приема информации о местонахождении и состоянии подвижных объектов. В частности, проект «Гонец» включает в себя: 1 этап "Гонец" - низкоорбитальная система связи типа "Электронная почта"; 2 этап "Золотник" - многофункциональная система спутниковой связи. В систему первого этапа входит шесть спутников, обращающихся по орбитам высотой около 1400-1500 км с наклонением 82,6° в двух взаимно перпендикулярных плоскостях (по три аппарата в каждой). Всего в системе "Гонец-П" будет задействовано 48 космических аппаратов на вышеуказанной орбите. В качестве потенциальных пользователей к данной системе проявили интерес Министерство внутренних дел, Министерство природных ресурсов и охраны окружающей среды, Министерство по чрезвычайным ситуациям, Национальная компания "KEGOC", Национальная компания "КазТрансОйл" и другие [98].
В соответствии с проектом создания многофункциональной системы персональной спутниковой связи "Гонец-М" созданы программно-технические средства интеграции космических систем связи с конечным пользователем. Осуществлено их пилотное внедрение [99,100].
Создан пункт оценки всемирного времени и параметров вращения Земли. Разработано программное обеспечение управления комплексом слежения за космическими аппаратами дистанционного зондирования Земли (ДЗЗ). Изготовлены облучатели антенны для обеспечения приема информации ДЗЗ на несущих частотах 8192 и 466,5 МГц, а также с метеорологических спутников. Подготовлены методики предварительной обработки информации ДЗЗ [101,102].
Модернизируются технические средства радиополигона "Орбита". Разработаны техническое задание и проект модернизации Усовершенствованы система управления и синхронизации приемного комплекса ТНА-57М, установка для приема сигналов с космических аппаратов и оптических устройств. Восстановлена система управления поворотным устройством антенны ТНА-57М [103]. Изготовлен и смонтирован тиристорный привод, включающий силовую часть и контроллер для управления антенной в режиме слежения за объектом. Созданы единая система синхронизации измерительных устройств и локальная сеть, объединяющая технические средства полигона. Проведена юстировка антенны ТНА-57М [104]. В плане создания информационно-коммуникационной инфраструктуры систем дистанционного обучения для космической деятельности сформулированы требования к инфраструктуре. Предложено использование геостационарных систем спутниковой связи. Рассчитаны параметры земных станций спутниковой связи. Проанализирована возможность использования в сети дистанционного обучения оборудования радиорелейных, волоконно-оптических линий связи и систем радиодоступа [105].
Проанализированы характеристики существующих телепортов спутниковой связи и вещания. Разработаны концепция создания и техническое задание национальной системы телепортов спутниковой связи [106]. Обоснованы требования к космическому сегменту системы спутникового цифрового телерадиовещания. Разработаны технические предложения по созданию наземного сегмента системы спутникового цифрового телерадиовещания [107].
Разработаны технологические и технических решения для создания базовой корпоративной информационно-телекоммуникационной сети космической инфраструктуры Разработаны архитектура корпоративной сети, структура комплекса технических средств. Проанализированы возможности типизации коммуникационных узлов [108].
В целях разработки технологических основ создания и применения спутниковых информационно-телекоммуникационных систем и обеспечения их безопасности проанализированы защищенность и безопасность объектов информационных космических технологий. Исследованы объекты криптографической защиты в спутниковых информационно-телекоммуникационных системах. Созданы модели сокрытия информации при передаче данных на основе методов динамического хаоса [109]. Разработаны: спутниковая транспортная среда; система электронных услуг на базе продуктов с открытыми кодами; пилотный сегмент спутниковой системы связи с центром космического мониторинга с использованием частотного ресурса казахстанского спутника KazSat. Введен в опытную эксплуатацию макетный образец системы формирования тематических информационных ресурсов по космической деятельности для объекта пилотной зоны корпоративной информационной телекоммуникационной сети космической инфраструктуры [110].