Особенности исследования атмосфер Венеры и Марса с помощью аэростатных станций. постановка задачи выбора схемных решений средств ввода в действие аэростатных зондов

Федеральное агентство по образованию

____________________

 

Московский авиационный институт

(государственный технический университет)

_______________________________________________________________

 

                                                                     

 В.А.Воронцов

ПРОЕКТИРОВАНИЕ  АЭРОСТАТНЫХ ЗОНДОВ ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ

ПЛАНЕТ СОЛНЕЧНОЙ СИСТЕМЫ

 

Учебное пособие

Под редакцией доктора технических наук,

профессора К.М. Пичхадзе

 

Утверждено

на заседании редсовета

3 июня 2008 г.

 

Москва

Издательство МАИ-ПРИНТ

2008

     

Воронцов В.А.

Проектирование аэростатных зондов для исследования планет Солнечной системы: Учебное пособие / Под ред. К.М. Пичхадзе. – М.: Изд-во МАИ-ПРИНТ, 2008. – 88 с.: ил.

    

  Рассматриваются основные положения, результаты проектных изысканий и особенности применения нового метода контактного исследования планет Солнечной системы – аэростатного зондирования.

Пособие может быть полезно студентам и аспирантам, специализирующимся в области проектирования автоматических космических аппаратов.

 

 

Рецензенты:

кафедра СМ1 Московского государственного университета им. Н.Э. Баумана,

д-р физ.- мат. наук, учёный секретарь ИКИ РАН, А.В. Захаров.

 

        

 

ISBN

                                           © Московский авиационный институт

                                               (государственный технический университет), 2008

 

 

ПРЕДИСЛОВИЕ

Аэростатный зонд как новое средство исследования планет контактными методами впервые нашел применение в 1985 году в процессе реализации международного проекта «Вега».

В последствии идея аэростатного зондирования развивалась и применительно к исследованию Марса, и для исследования других планет и их спутников, и в новом качестве для земных условий.

Впервые эти задачи решались в рамках международного сотрудничества, в частности и особенно с французскими специалистами, исторически, первооткрывателями в области аэростатики.

Что касается планетных исследований, приоритет, как и во многих других достижениях в области изучения космоса, принадлежит российским ученым и инженерам.

Одной из задач настоящего учебного пособия является внедрение результатов разработок специалистов научно – производственного объединения имени С.А. Лавочкина в учебный процесс.

Считаем своим долгом выразить особую благодарность за сотрудничество в разработках и развитие нового направления космических исследований – аэростатного зондирования планет – коллегам: В.В. Кузнецову, В.А. Дерюгину, А.Б. Полякову, А.М. Защиринскому и многим другим. Благодарим за помощь в оформлении материалов  А.Г. Мейстер, М.Ю. Добрынину, М.Г. Лохматову,

Е.В. Мочину, Л.В. Катукову.

 

 

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ

 

АЗ – аэростатный зонд;

ПАС – плавающая аэростатная станция;

ПС – парашютная система;

СА – спускаемый аппарат;

СН – система наполнения;

 

 

введение

Исследование планет Солнечной системы прямыми контактными методами с помощью спускаемых аппаратов началось около сорока лет назад. Под руководством Г.Н.Бабакина были спроектированы автоматические межпланетные станции первого поколения серии «Марс» и «Венера» [1 – 3], в составе которых имелись спускаемые аппараты. С их помощью получены разрезы атмосферы по траектории спуска. Исследовалось распределение по высоте температуры, давления, освещенности, а также химический состав газов и аэрозолей. Но с помощью только спускаемых аппаратов из-за их сравнительно больших скоростей движения в верхних слоях атмосферы изучать ее циркуляцию затруднительно.

Наиболее полно циркуляция атмосферы, а также другие физико-химические характеристики могут быть получены посредством аппаратов, плавающих в атмосфере планеты, т.е. аэростатов [4 – 9].

Включение в состав венерианских и марсианских космических аппаратов следующего поколения аэростатных зондов (АЗ) существенно расширило возможности исследований и улучшило технологию проведения экспериментов.

 Благодаря АЗ стало возможным:

· получение горизонтального «среза» атмосферы в отличие от спускаемых аппаратов, дающих только вертикальный «разрез»;

· продолжительное функционирование и перемещение научной аппаратуры под действием ветра в широком районе исследования;

· осуществление контактных исследований поверхности в различных местах посадки и т.п.

АЗ как средство исследования не противопоставляется спускаемым аппаратам, а расширяет их функции и, более того, в совокупности со спускаемыми аппаратами, орбитальными аппаратами и наземными средствами наблюдения, приема и обработки информации является составной частью системы и техническим средством нового метода исследования.

Одной из ключевых проблем, решение которой определило успешность использования АЗ как средства, обеспечивающего контактный метод исследований, стала проблема формирования схемного решения системы ввода его в действие. Важным достижением российских ученых и инженеров в исследовании планеты Венера стало осуществление проекта «Вега» в 1985 году [4]. Впервые был предложен и использован метод аэростатного зондирования атмосферы Венеры. Был разработан способ ввода аэростатного зонда непосредственно в процессе спуска в атмосфере на парашютной системе. Такая методика проектирования траекторных операций для схемы спуска десантного аппарата и ввода в действие аэростата позволила в дальнейшем рассматривать возможность исследования атмосферы несколькими аэростатными зондами: проекты: «Веста» [7], «Тайфун» [8] (для Земли).

Тщательный анализ проблемных проектных вопросов показал возможность осуществления аналогичной схемы аэростатного эксперимента в сложных марсианских условиях: проекты «Марс-94», «Марс-98» [6, 9]. Система аэродинамического торможения десантного аппарата прошла летные испытания.

Наряду с проектированием систем спускаемых аппаратов и зондов, в частности систем торможения в атмосфере, осуществляется разработка схем летных операций и траекторий движения в атмосфере. Касательно упомянутых выше экспедиций к Марсу и Венере проектирование схем спуска и дрейфа усложнялось полярно различными внешними условиями функционирования, в частности сильно разреженной атмосферой у одной и чрезвычайно плотной у другой планеты.

В процессе разработки этих экспедиций удалось найти и ряд общих принципиальных решений, позволивших сформировать общую методику проектирования и оценки эффективности схем спуска и дрейфа в атмосферах с существенно различными характеристиками. Методика может быть использована при разработке спускаемых аппаратов и зондов, предназначенных для перспективных исследований как Марса и Венеры, так и других небесных тел.

Особенности исследования атмосфер Венеры и Марса        с помощью аэростатных станций. постановка задачи выбора схемных решений средств ввода в действие аэростатных зондов