Большая энциклопедия техники

Коллектив авторов

К особой категории геофизических спутников относятся метеорологические спутники. К классу метеорологических относятся некоторые из спутников серии «Космос» и спутники серии «Метеор». Параметры орбит метеорологических спутников позволяют обеспечить наблюдение за погодой в районах с интервалом в несколько часов. Спутники снабжаются инфракрасной и телевизионной аппаратурой, которая позволяет регистрировать изображения снежного, ледяного, облачного покровов на дневной и ночной стороне Земли. Данные, полученные со спутника, передаются на Землю через сеть наземных пунктов в Гидрометеоцентр, где они обрабатываются в автоматическом режиме. Данные, которые передает система «Метеор», существенно повышают надежность прогнозов погоды, позволяют обнаруживать мощные циклоны и тайфуны в океанах. На сегодняшний день геофизические исследования составляют неотъемлемую часть исследовательской программы любой орбитальной

станции, в дальнейшем это приведет к созданию специальных геофизических орбитальных станций.

Геофизическая ракета

Геофизическая ракета – высотная ракета, используемая для исследований в области геофизики, астрофизики и других научных исследованиях.

По своей конструкции геофизические ракеты различаются в зависимости от задач, которые им предстоит реализовать во время работы. В геофизических ракетах используется два типа двигателей: жидкостные и твердотопливные ракетные двигатели. Масса ракеты колеблется от 100 кг до нескольких десятков тонн, а масса полезного груза, который могут нести на себе ракеты, составляет порядка 5% от стартовой массы ракеты. При помощи геофизических ракет проводятся измерения физических параметров верхних слоев атмосферы, их химический состав. Проводятся исследования, направленные на изучение магнитного поля Земли и рентгеновского излучения Солнца и звезд. Запуск геофизической ракеты может осуществляться с наземных пунктов и с кораблей в различных районах Земли. Некоторые американские ракеты могут использовать в качестве стартовой площадки аэростат или самолет. В Советском Союзе с 1949 г. проводились регулярные запуски в космическое пространство геофизических ракет, при помощи которых проводились регулярные исследования верхних слоев атмосферы и космоса. Геофизические ракеты поднимают на высоту 500 км и более различную научную аппаратуру весом несколько тонн. Например, ракета В2А служила для исследования верхних слоев атмосферы, фотографирования спектра Солнца и отработки системы спуска головного отсека, содержащего научные приборы, и геофизических контейнеров. На первых геофизических ракетах проводились и медико-биологические эксперименты, а также отрабатывалась методика спасения животных и аппаратуры во время возращения на Землю, в том числе плавное спускание герметизированных кабин и катапультирование с различных высот.

С 1951 г. в Советском Союзе начались первые медико-биологические эксперименты, в которых участвовали собаки. На собаках, снаряженных в герметизированные скафандры, исследовалась возможность катапультирования и последующего приземления живого существа с использованием парашютной системы.

Гироскоп

Гироскоп (от греч. gyros – «круг», и skopeo – «смотрю», «наблюдаю») – прибор, основным элементом которого является вращающееся симметричное твердое тело. Ось вращения (ось симметрии) гироскопа может изменять свое направление в пространстве. Для проявления этого свойства гироскоп обычно закрепляют в так называемом кардановом подвесе, две рамки которого обеспечивают телу вращение с тремя степенями свободы, т. е. гироскоп имеет три оси возможного вращения. Ось гироскопа с тремя степенями свободы имеет уникальное свойство, которое заключается в возможности устойчивого сохранения приданного ей первоначального направления относительно инерциальной системы отсчета.

При воздействии на гироскоп внешней силой его ось начинает отклоняться не в сторону действия силы, а в перпендикулярном к ней направлении, что вызывает прецессию гироскопа. Уникальные свойства гироскопа востребованы в различных навигационных приборах.

Гироскоп применяется в различных летательных аппаратах, в том числе в самолетах, ракетах, торпедах и вертолетах для стабилизации движения. На морских судах и самолетах широкое применение нашел гирокомпас, который был создан в начале XX в. немцем Германом Аншютцом и американцем Элмаром Сперри независимо друг от друга. В этом приборе используется свойство оси гироскопа ориентироваться вдоль оси вращении Земли. Ориентирование оси происходит строго по направлению Север – Юг и не зависит от магнитного поля Земли, т. е. гирокомпас показывает истинное направление на географический полюс Земли в отличие от магнитного. Различают несколько видов гироскопов: вибрационный, лазерный и классический, который был описан выше. Существуют двухстепенные гироскопы, которые закрепляются в одной рамке.

Во время вращения платформы гироскопа возникает гироскопический момент, который стремится установить ось ротора параллельно оси вращения основания, причем он стремится это сделать максимально быстро. Лазерный гироскоп основан

на использовании в своей конструкции оптического квантового генератора с плоским замкнутым контуром, где происходит циркуляция двух встречных потоков или лучей, у которых различны частоты. Отмечено, что разность частот пропорциональна угловой скорости основания. У вибрационного чувствительный элемент представлен вибрирующими массами, например, эту функцию может выполнять ротор с упругим подвесом или пластины, обладающие достаточным коэффициентом упругости.

Множество приборов и устройств используют в своей конструкции принцип гироскопа или его различные модификации для реализации тех или иных задач. В космической технике, в частности, используются гировертикаль и гироскопическая платформа.

Датчики космические

Датчик космический – прибор, позволяющий определять и отслеживать в реальном времени различные параметры космического летательного аппарата и величины, характеризующие окружающее космическое пространство.

Одним из множества различных космических датчиков является датчик ориентации – прибор, определяющий угловые отклонения осей ориентации космического аппарата от заданных направлений и скорость вращения вокруг центра масс.

Отличительными особенностями внутри класса является принцип получения и преобразования информации. При помощи позиционных датчиков определяется угловое положение космического аппарата. Их подразделяют на: датчики внешней информации, которые используют внешние ориентиры, например солнечный, звездный; датчики, работающие по радиомаяку; инерциальные, которые используют в своих расчетах свойства абсолютного углового движения осей ориентации и осей, непосредственно связанных с корпусом космического аппарата (могут работать только при вращательном движении осей ориентации в комбинации со специальными датчиками внешней информации); датчики памяти, которые могут «помнить» первоначально заданное положение; время памяти ограничено лишь технологическими параметрами, погрешностями изготовления гироприбора.

Характерным представителем датчика памяти можно считать свободный гироскоп, который является разновидностью ориентационных датчиков, полностью отделенных от космического пространства, и не требует наличия внешних источников информации.

Жидкостный ракетный двигатель

Жидкостный ракетный двигатель – разновидность химического ракетного двигателя.

В жидкостном ракетном двигателе химическая энергия топлива в камере сгорания преобразуется в тепловую, после чего в выходном сопле происходит преобразование энергии в кинетическую энергию реактивной струи газа. Первая схема летательного аппарата с жидкостным ракетным двигателем была предложена знаменитейшим русским ученым К. Э. Циолковским.

В качестве топлива для двигателя использовались жидкие углеводороды и кислород. Помимо этого, он предположил возможность подачи топлива посредством насоса, использования компонентов топлива для охлаждения двигателя.

Топливом для жидкостных ракетных двигателей могут являться унитарные (однокомпонентные), двухкомпонентные и трехкомпонентные смеси либо различные химические соединения, которые способны участвовать в реакции разложения с выделением тепла.

В однокомпонентных двигателях применяется топливо, которое, взаимодействуя с катализатором, разлагается и образует горячий газ. Они характеризуются малой величиной удельного импульса (150—250 м/с) и простотой конструкции. Например, струйные двигатели (простейшие однокомпонентные двигатели) применяются в устройствах маневрирования космонавтов, так как в этих условиях недопустимо тепловое воздействие и необходима максимальная простота конструкции. Обычно используются в составе систем ориентации и стабилизации. Чаще всего в качестве топлива применяют топливо так называемой раздельной подачи, которое состоит из двух компонентов, смешиваемых непосредственно при подаче в камеру сгорания. В качестве горючего вещества в составе двухкомпонентного топлива могут использоваться керосин, аммиак, спирты, а в качестве окислителя выступают такие вещества, как жидкий кислород, перекись водорода, азотная кислота.

Необходимым условием работы жидкостного двигателя является наличие системы зажигания, хотя некоторые вещества при смешивании образуют самозажигательную смесь и не требуют наличия системы зажигания.

По способу подачи топлива различают два типа двигателей: с вытеснительной подачей и с насосной подачей топлива. Для правильной работы двигателя необходима специальная система подачи топлива из баков и система автоматики, которая контролирует основные параметры работы двигательной установки. Наиболее распространенной является насосная система подачи топлива.