Документ предоставил участник форума Lin (не знаю фамилию), обрабатывал Виктор Карфидов, моя переделка минимальна. - Хл.В период 1967...1985 годов автоматические космические аппараты (АКА) "Венера-4...16", "Вега-1, 2" провели комплекс исследований планеты Венера и пространства Солнечной системы, которое заключено между орбитами планет Земли и Венеры. Полеты космических аппаратов "Викинг -1, 2" внесли значительный вклад в исследования планеты Марс и Солнечного пространства, расположенного между орбитами планет Земли и Марса. Проведены многосторонние исследования межпланетного пространства другими АКА, такими как "Маринер", "Пионер", "Марс"; осуществлены полеты к дальним планетам Солнечной системы. Станции "Пионер-10, 11" и "Вояджер-1, 2" провели уникальные исследования планет Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун, Плутон и удаленного от Солнца межпланетного пространства. Станция "Пионер-10" вышла за известные пределы Солнечной системы, определенные орбитами планет. Время активного существования станции "Пионер-10" составило более 17 лет.
Проводимые исследования Солнечной системы подняли интерес к непосредственному изучению Солнца и околосолнечного пространства — солнечной короны. Причины кроется в том, что Солнце является самой близкой звездой и, в настоящее время недостаточно изучено, хотя солнечная энергия является основным источником всех естественных явлений на Земле. Внутренние слои Солнца представляют собой уникальную лабораторию для физиков. Кроме того, Солнце, по всей видимости, владеет секретом химического состава Вселенной.
В 80-е годы началось изучение Солнца с помощью современных космических аппаратов. Спутник "Скайлэб" в 1973 году произвел переворот в физике Солнца. Установленные на нем телескопы с различными диапазонами длин волн дали уникальные результаты о спектре солнечного излучения. Большой вклад в исследование Солнца внесли космические аппараты "Прогноз", IMP, OCO.
В настоящее время проведены оценки возможности создания АКА для исследования Солнца, который мог бы осуществлять полеты в непосредственной близости от поверхности Солнца — в солнечной короне. Такой аппарат должен включать в свой состав средства защиты научных приборов и служебных систем от воздействия мощного теплового излучения.
Продолжают ставиться учеными также задачи, связанные с дальнейшим продолжением исследований дальних планет Солнечной системы.
Большое количество ставящихся научных задач вызывает необходимость подробного изучения вопросов по создании АКА, обладающего конструктивной универсальностью. Такое обстоятельство позволило бы уменьшить суммарные финансовые затраты на проведение исследований Солнечного пространства.
Автоматический космический аппарат для таких целей должен удовлетворять сложному комплексу технических требований, обладать высокой надежностью и большим ресурсом работы до 10 и более лет. Значительные удаления АКА от Земли, достигающие более 6 млрд. км, приводят к необходимости поддерживать его работоспособность в условиях автономного управления, при этом система энергоснабжения должна работать на принципах, не связанных с использованием солнечного излучения энергии.
На космических аппаратах "Пионер-10, 11", "Вояджер-1, 2" уже применены бортовые системы, обеспечивающие работу АКА в условиях значительных удалений от Солнца. Для этой цели использованы радиоизотопные генераторы тока на основе Pu238.
Однако, в случае приближения АКА к Солнцу, потребуется решение дополнительных задач, обеспечивающих работоспособность системы энергообеспечения в условиях максимального солнечного воздействия. Данную проблему можно разрешить, если для пролета около Солнца использовать специальный автономный зонд с химическими источниками питания, транспортировку его производить с помощью траекторного блока с изотопными источниками питания. Разделение солнечного зонда и траекторного блока производить на расстояниях от Солнца, приемлемых для функционирования траекторного блока с изотопными источниками питания.
Важным фактором, влияющим на конструктивный облик АКА, является необходимость устанавливать на нем, в зависимости от назначения, различные по своему составу комплексы научной полезной нагрузки. Это обстоятельство приводит к необходимости организовывать на АКА стыковочную платформу, на которую можно было бы устанавливать либо специальные зонды (солнечный, атмосферный и т.д.), либо научные приборы (телескопы, плазменные и магнитные измерители, и т.д.).
Общая масса АКА должна позволять использовать с целью его выведения, недорогие относительно, разгонные средства, которые обладают достаточной степенью надежности.
Рассмотрение баллистических задач показывает на то обстоятельство, что выведение АКА на траекторию полета к Солнцу требует больших энергетических затрат со стороны РН и их разгонных блоков, чем для достижения дальних планет Солнечной системы. Стремление сократить время перелета к заданному объекту исследования приводит к еще большему росту энергетических затрат.
Из различных схем перелета представляют большой интерес, для полетов унифицированного АКА, траектории, в которых происходит пертурбационный маневр в поле тяготения Юпитера. Большой гравитационный потенциал Юпитера позволяет менять вектор скорости АКА требуемым образом и обеспечивать, в последующем, полет АКА либо к другим дальним планетам и вылет АКА из Солнечной системы, либо полет к Солнцу с пролетом у Солнца на близких, от его поверхности, расстояниях.
Наиболее проста, при реализации, схема полета, приведенная на рис. 1.
По этой схеме выведение АКА осуществляется сначала на околоземную опорную орбиту с помощью ракеты-носителя (РН). Затем предлагается осуществить двухкратный доразгон АКА. В этой задаче рассматривалась возможность использовать РН класса "Протон", который позволяет вывести на опорную орбиту массу более 20000 кг. Первый разгон с опорной орбиты осуществляется четвертой ступенью РН -разгонным блоком. Для второго доразгона использована автономная двигательная установка (АДУ) — КА "Фобос" с рабочим запасом топлива 3100 кг.
Такая схема доразгона позволяет направить в сторону Юпитера АКА массой 900...2100 кг, в зависимости от величины вектора скорости АКА в точке встречи с Юпитером. Для полетов к Солнцу масса АКА может составить от 900...1200 кг в зависимости от времени старта, выбираемого наклонения i траектории полета АКА около Солнца и величины минимального расстояния пролета Rπ. Схема полета к Солнцу приведена на рис.2.
В первых полетах АКА к Солнцу, с целью начала изучения солнечной короны, наибольший интерес могут представить траектории, проходящие над полюсами и, безусловно, вблизи от поверхности Солнца. Однако тепловые проблемы и трудности обеспечения радиосвязи ограничивают траекторию пролета в части близкого пролета около Солнца. Эти же обстоятельства и определяют, в основном, технические сложности создания солнечного зонда и научной аппаратуры для него. Поэтому для первой экспедиции предлагается пролет осуществить ~4 млн. км от поверхности Солнца.
На рис.3 приведена схема солнечного зонда, предлагаемая для первого запуска. Масса такого зонда составит менее 460 кг (из них 60 кг научной аппаратуры). В процессе пролета Солнца зонд ориентируется антенной на Землю. Стабилизация зонда около данного направления обеспечивается вращением с угловой скоростью ω = 1 об/с.
Для доставки солнечного зонда используется траекторный блок, масса которого составляет не более 740 кг (40 кг научной аппаратуры). Отделение солнечного зонда от траекторного блока осуществляется за ~10 суток до пролета Солнца. Схема траекторного блока приведена на рис. 4.
Двухзеркальная параболическая антенна диаметром около 3200 мм является одновременно элементом конструкции, на котором в периферийной зоне размещаются радиоизотопные термоэлектрические генераторы тока, штанги с блоками реактивных двигателей стабилизации и коррекции, датчики ориентации. Одновременно антенна является основанием приборного контейнера и тепловым радиатором аппарата. В приборном контейнере конической формы размещается служебная аппаратура. В торце приборного контейнера устанавливается универсальная стыковочная платформа. Предлагается рассмотреть два варианта исполнения стыковочной платформы:
С целью решения научных заданий на стыковочную платформу возможна установка оборудования более 1300 кг.
В зависимости от назначения, на борту АКА могут устанавливаться от двух до шести изотопных термоэлектрических генераторов тока. Электрическая мощность одного изотопного генератора в конце ресурса работы составит 125 Вт. Работа бортовой аппаратуры траекторного блока унифицированного АКА с минимальным (40 кг) составом научной аппаратуры обеспечивается мощностью не более 250 Вт.
Радиотехнические бортовые средства обеспечат прием на борт команд и передачу на Землю информации на расстояниях АКА от Земли до 6 млрд. км и более. Максимальная скорость передачи научной информации с борта АКА более 100 кбод (в сантиметровом диапазоне длин волн).
Двигательная система коррекции и стабилизации, устанавливаемая на АКА, обеспечивает необходимые коррекции траектории полета с целью формирования пролета АКА около Юпитера с заданными точностями и с целью дальнейшего функционирования АКА. Минимальное количество баков с топливом, устанавливаемых на АКА, четыре (по 50 кг гидразина в каждом). Конструкция унифицированного АКА позволяет, при необходимости, производить установку баков с топливом, с общим запасом гидразина 600 кг.
Со стороны рабочей поверхности параболической двухзеркальной антенны за опорный шпангоут крепится автономная двигательная установка — АДУ, которая обеспечивает разгон АКА у Земли. После завершения разгона производится отделение АДУ от АКА.
Система ориентации и стабилизации с точностью 5ˊ...20ˊ ориентирует антенну АКА на Землю. Точность ориентации научной аппаратуры планируется обеспечить в пределах 10΄ до 1ˊ.
На рис. 5 приведена компоновочная схема унифицированного автоматического космического аппарата в сборе в варианте для полета к Солнцу с установленным на универсальной стыковочной платформе солнечным зондом.
На рис. 6, 7, 8 приведены его основные характеристики и показаны моменты полета в области Юпитера и Солнца.
Как видно из приведенных материалов, АКА состоит из модулей, что позволяет без значительных затрат модифицировать его под различные научные задачи.
С целью создания подобных конструкций, в настоящее время ведутся подробные изучения и исследования.
| 1 — теневой экран. 2 — приборный контейнер. 3 — двухзеркальная параболическая антенна. 4 — теплоемкостный буфер. 5 — научная аппаратура. 6 — дополнительные тепловые экраны. 7 — чехол из комбинированной ЭВТИ. 8 — источник электропитания |
| 1 — двухзеркальная параболическая антенна. 2 — радиоизотопный термоэлектрический генератор тока. 3 — блок реактивных двигателей стабилизации и коррекции. 4 — топливные баки. 5 — универсальная стыковочная платформа. 6 — научная аппаратура. 7 — приборный контейнер |
| 1 — солнечный зонд. 2 — траекторный блок. 3 — автономная двигательная установка |
