Synerjetics Group Logo
 Главная страница
 Цели освоения космоса
    Миссия космонавтики
    Кризис цивилизации
    На распутье
 Программа освоения космоса
    Хранилище на орбите
    Орбитальная медицина
 Аэрокосмические носители
    Описание концепции
    Обоснование концепции
    Анализ эффективности
 Аэродинамика
    Эффективные компоновки
 Динамика полета
    Малая тяга
    Захват объектов
 Экономика и надежность
    Цена космоса
    О надежности носителей
 Эволюция сложных систем
    О пределах развития
    Флаттер мостов
    Катастрофа на СШ ГЭС
    Иерихон на Енисее
    Критерий возбуждения
    Устойчивость ГАЭС
    Область неустойчивости
    Когда взлетают агрегаты?
    Бустинг на Памире
    Группа риска
    Причины и поводы
    О теории
 Обратная связь
 Карта сайта
 
 
 
www.spacenews.ru
 
Журнал Новости Космонавтики
 
 
 

Главная страница

 

Цели освоения космоса

    Миссия космонавтики
Космонавтика - ключ к решению экологических проблем человечества
В работе рассмотрены различные концепции прихода на Землю экологической катастрофы. Эта катастрофа - далеко не первая в человеческой истории, однако грозит стать наиболее разрушительной, поставив под сомнение само существование человеческого рода. В качестве технологического выхода для преодоления глобального экологического кризиса предлагается перейти от использования Земли к освоению Солнечной системы. Однако столь грандиозная задача - это в первую очередь ориентир для оценки правильности выбора сегодняшних целей. И в качестве начального шага предлагается "космическое" решение одной из наиболее острых экологических проблем - проблемы хранения отработанного ядерного топлива - как первого шага на пути выживания и дальнейшего процветания человечества.
 
    Кризис цивилизации
Кризис цивилизации и космонавтика
        Практически все национальные космические агентства в своей деятельности декларируют будущее освоение космоса. Но, чтобы это понятие было не только декларативным, не хватает его смыслового наполнения. Можно ли назвать программу исследования космоса его освоением? Нет. Все же, не смотря на то что, исследование - обязательный и незаменимый предварительный этап перед освоением, не всякое исследование может и должно привести к освоению чего-либо. И можно ли назвать освоением космоса использование околоземного пространства искусственными спутниками Земли? Во всяком случае, "демонстрация присутствия" в космосе - это нечто далекое от задач освоения.
        Одним из последствий катастрофы шаттла "Колумбия" стало упрочение позиций тех, кто выступает за отказ от полетов в космос людей и полный переход на непилотируемые полеты. На фоне этого голоса тех официальных представителей от космонавтики, кто утверждает, что нельзя разделять пилотируемую и беспилотную космонавтику выглядят не вполне убедительно и вот почему. Сбалансированное развитие космонавтики предполагает, как минимум, отсутствие резких перекосов между пилотируемой и беспилотной составляющей по эффективности выполняемых задач, заключающимся в соотношении отдача/затраты. Поддержание пилотируемой космонавтики на уровне достаточном лишь для выживания, а не для эффективного развития, делает подобное соотношение не в пользу пилотируемой космонавтики, что мы сейчас и наблюдаем. Позиция направленная лишь на сохранение достигнутого - это позиция выбора медленного вымирания и снятия личной ответственности за отказ от этого направления.
 
    На распутье
На распутье
Трагедия "Колумбии" послужила поводом для переосмысления некоторых вопросов, стоящих перед космонавтикой. Нужна ли разработка принципиально нового транспорта, нужно ли освоение космоса, для чего это необходимо? От выбора ответов на эти вопросы будет зависеть дальнейший ход развития космонавтики.
 

Программа освоения космоса

    Хранилище на орбите
Экономически эффективная деятельность в космосе: лунная орбита - реальная альтернатива глубинам Земли
Хранение отработанного ядерного топлива (ОЯТ) вне Земли на лунной орбите в устойчивой точке либрации позволяет разрешить ключевую проблему современной ядерной энергетики - проблему так называемых ядерных отходов. В работе описаны основные черты транспортной системы, состоящей из многоразовых аэрокосмических носителей Star Liner и ядерно-электрических межорбитальных буксиров Space Tug и предназначенной для перевозки ОЯТ в точку либрации. Показано, что затраты на транспортировку ОЯТ по предварительным данным могут составлять не более 70% от цены на его захоронение. Кроме того, предлагаемая транспортная система может стать основой для последующей реализации таких направлений деятельности человечества как космическое производство и освоение Солнечной системы.
 
    Орбитальная медицина
Орбитальная медицина: космос может дать жизнь миллионам
В работе рассматриваются перспективы создания на низкой околоземной орбите массового производства по выращиванию человеческих тканей и органов из стволовых клеток пациентов для последующей пересадки выращенных тканей и органов донорам этих клеток. Таким образом решается проблема несовместимости тканей и органов, а также обеспечивается необходимое их количество. Околоземная орбита выбрана потому, что по современным представлениям, только в невесомости возможно развитие трехмерных клеточных структур, приводящее к образованию полноценных органов. Орбитальные эксперименты и эффективные многоразовые аэрокосмические носители могут превратить этот вид медико-биологической деятельности из фантазии в реальность.
 
 

Аэрокосмические носители

    Описание концепции
Концепция перспективной многоразовой аэрокосмической транспортной системы
В работе предлагаются концепция полностью многоразового двухступенчатого аэрокосмического самолета и новые решения в гиперзвуковой аэродинамике и схемах воздушно-реактивных двигателей. Эти инновации могут существенно увеличить эффективность аэрокосмического самолета как транспортного средства. Предложено также использовать дозвуковой самолет-заправщик для разрешения противоречия между гибкостью и эффективностью исследуемых аэрокосмических транспортных систем.
Рассматриваемая космическая транспортная система Star Liner, состоящая из полностью многоразового двухступенчатого аэрокосмического самолета и, в случае необходимости, дозвукового самолета-заправщика, позволяет, по предварительным оценкам, выводить на низкую околоземную орбиту полезные нагрузки, составляющие 8 - 12 % от стартовой массы аэрокосмического самолета при дальности полета на параллакс 3000 - 6500 км. Следовательно, относительная масса ее полезной нагрузки в 5 - 10 раз больше, чем у других известных полностью многоразовых космических транспортных систем, таких как Sanger или Delta Clipper.
 
    Обоснование концепции
Концепция перспективной аэрокосмической транспортной системы
В работе рассматривается комплекс основных проблем, которые препятствуют созданию в ближайшем будущем одноступенчатого аэрокосмического самолета. Проанализированы особенности двухступенчатого аэрокосмического носителя типа Sanger, не способного вывести на околоземную орбиту достаточно большую полезную нагрузку. Предлагаются альтернативная схема полностью многоразового двухступенчатого аэрокосмического самолета и новые решения в гиперзвуковой аэродинамике и схемах воздушно-реактивных двигателей. Эти инновации могут существенно увеличить эффективность такого аппарата как транспортного средства. Исследуется также возможность применения дозвукового самолета-заправщика для разрешения противоречия между гибкостью и эффективностью аэрокосмических транспортных систем.
Предлагаемая космическая транспортная система Star Liner, состоящая из полностью многоразового двухступенчатого аэрокосмического самолета и, в случае необходимости, дозвукового самолета-заправщика, позволяет, по предварительным оценкам, выводить на низкую околоземную орбиту полезные нагрузки, составляющие 8 - 12 % от стартовой массы аэрокосмического самолета при дальности полета на параллакс 3000 - 6500 км. Следовательно, относительная масса ее полезной нагрузки в 5 - 10 раз больше, чем у других известных полностью многоразовых космических транспортных систем, таких как Sanger или Delta Clipper. Дозаправка топливом, применяемая в случае больших расстояний от аэродрома до зоны пуска второй ступени, позволяет устранить практически любые ограничения на углы наклонения орбит выводимых полезных нагрузок.
 
    Анализ эффективности
Анализ эффективности многоразовых аэрокосмических носителей
В работе проводится анализ эффективности основных типов многоразовых аэрокосмических носителей с использованием в качестве критериев отношения массы полезной нагрузки к стартовой массе аппарата, а также отношения механической энергии, приобретенной полезной нагрузкой, к химической энергии топлива. Из выполненных оценок следует, что второй критерий достаточно хорошо коррелирует со стоимостью выведения на орбиту единицы массы полезной нагрузки.
Показано, что двухступенчатые аэрокосмические самолеты с большой скоростью разделения (M = 12 - 12.5), в которых применяются технологические инновации, опирающиеся на использование аэротермодинамических свойств гиперзвуковых течений, по этим критериям могут быть существенно эффективнее, чем другие известные многоразовые носители. Кроме того, таким образом может быть обеспечена качественно бoльшая гибкость космической транспортной системы, позволяя осуществлять полеты на параллакс на расстояние 3000 - 6500 км.
При сравнимом техническом уровне одноступенчатые аэрокосмические самолеты вообще не могут быть созданы.
 

Аэродинамика

    Эффективные компоновки
Интерференционная концепция аэродинамического проектирования гиперзвуковых компоновок
В работе излагаются основные положения интерференционной концепции аэродинамического проектирования гиперзвуковых летательных аппаратов.
Численные исследования конических и трехмерных комбинаций крыла с корпусом позволили проанализировать влияние геометрии и режима обтекания на интерференцию крыла и корпуса при гиперзвуковых скоростях полета. В результате этого анализа были найдены способы формирования эффективного возмущенного поля течения путем ограниченных изменений геометрии компоновок и введения небольших дополнительных элементов - носовых ребер. Как показали численные расчеты и эксперименты, создание такого поля течения около компоновки приводит к значительному росту величины максимального аэродинамического качества Kmax на гиперзвуковых скоростях полета.
Испытания в аэродинамической трубе модели, спроектированной на основании этих принципов, продемонстрировали при М = 7 − 10, числах Рейнольдса от 7.8·106 до 5.6·106 и коэффициенте объема модели τ = V2/3/S = 0.206 уровень Kmax = 5.7 - 5.6, что в зависимости от числа Маха на 10 - 30 % выше, чем у известных компоновок. При малых и умеренных сверхзвуковых скоростях полета аэродинамические характеристики предлагаемых конфигураций близки к характеристикам типичных комбинаций корпуса с крылом малого удлинения.
 
 

Динамика полета

    Малая тяга
О гравитационных потерях при полетах с малой тягой
Рассматривается элементарный метод оценки характеристической скорости перелета аппарата малой тяги между круговыми орбитами. Сравнение полученных оценок с результатами численного моделирования полетов в гравитационном поле Земли демонстрирует их прекрасное согласование вплоть до окрестностей лунной орбиты. Показано, что гравитационные потери аппаратов малой тяги растут при увеличении высоты конечной орбиты, и в пределе более чем удваивают характеристическую скорость перелета по сравнению с аппаратами большой тяги.
 
    Захват объектов
Асимптотический метод расчета захвата объекта системой двух небесных тел
В работе описывается асимптотический метод расчета захвата внешнего объекта, пересекающего систему двух небесных тел, то есть выхода этого объекта на орбиту спутника большего из этих тел без реактивного или аэродинамического торможения, но с возможным использованием малых корректирующих реактивных импульсов.
Описываемый метод использован для оценки максимально допустимой скорости полета объекта, еще позволяющей его захват системой Земля-Луна. Показано, что при практически приемлемых ограничениях на минимальное удаление траектории пролета от поверхностей Земли и Луны, пассивный захват (теоретически совсем без корректирующих импульсов) возможен, если гиперболический избыток скорости объекта по сравнению с орбитальной скоростью Земли составляет не более 1.65 км/с. При активном захвате, когда допускается использование направленного вдоль траектории движения корректирующего импульса, максимальная скорость захвата возрастает до 1.75 км/с.
 
 

Экономика и надежность

    Цена космоса
Цена космоса: сколько стоит выход на орбиту?
В работе получена универсальная корреляционная зависимость между стоимостью транспортировки единицы массы полезного груза в стандартной транспортной операции и удельной энергией, затрачиваемой на транспортировку. Зависимость верифицирована по технико-экономическим показателям аэрокосмических носителей Sanger и Delta Clipper, самолета Boeing 747-200F, морского судна-контейнеровоза, а также одноразовых ракет-носителей Союз и Протон. С помощью этой зависимости получены оценки удельной стоимости выведения на низкую околоземную орбиту полезных нагрузок при использовании перспективного многоразового аэрокосмического носителя Star Liner. Показано, что при этом может быть достигнута удельная стоимость выведения на 1.5 - 2 порядка ниже, чем она есть сейчас в США и Западной Европе.
 
    О надежности носителей
Сравнение одно- и многоразовых средств выведения с разной надежностью
В работе получена оценка надежностей одноразовых носителей и заменяющего их всех единственного экземпляра многоразового носителя, обеспечивающих одинаковое математическое ожидание числа успешных пусков в программе.
 

Эволюция сложных систем

    О пределах развития
О естественных пределах развития систем с ограниченными ресурсами
Анализ развития современных авиации и космонавтики на основе общих концепций развития сложных систем показывает, что эти виды человеческой деятельности в их нынешнем виде уже приблизились к своему потолку. Только качественные изменения, связанные с решением принципиально новых задач, таких как обеспечение дешевого доступа в космос, - единственный способ преодолеть возникший в них застой.
 
    Флаттер мостов
Дело о «танцующем» мосте
В работе рассматривается инцидент с «танцующим» Волгоградским мостом. Показано, что причиной волнообразных движений верхнего строения моста явился вход в начало срывного флаттера, то есть в автоколебания системы, состоящей из потока сплошной среды и твердого тела, вызываемые сходящими с тела вихрями Кармана. Предложена интерполяционная формула для оценки числа Струхаля для срывного обтекания тел с плоскими гранями. Проведена оценка частот вихревых колебаний для висячего Такомского и балочного Волгоградского мостов, вызванных их ветровым обдувом. Описаны произошедшие ранее инциденты с ветровыми колебаниями балочных мостов, по крайней мере, один из которых завершился разрушением моста. На основе теории гидроакустического возбуждения автоколебаний напорных систем был разработан аналогичный подход для оценки аэроупругой устойчивости мостов. Предложен комплекс работ, которые следует провести для подтверждения предлагаемого подхода, а также для полного устранения ветровых колебаний рассматриваемых балочных мостов.
 
    Катастрофа на СШ ГЭС
Технические причины катастрофы на Саяно-Шушенской ГЭС (итоги расследования)
В работе кратко описываются факты, связанные с техническими аспектами катастрофы на Саяно-Шушенской ГЭС, рассматриваются основные версии произошедшего, и описывается причинно-следственные связи, объясняющие все известные факты. Второй гидроагрегат СШ ГЭС был разрушен в результате помпажа, возникшего вследствие гидроакустического резонанса, и выразившегося в возрастающем по интенсивности ряде неполных гидравлических ударов, сорвавших турбинную крышку, и выбросивших центральную часть гидроагрегата из турбинного колодца в машинный зал. Гидроакустический резонанс произошел из-за заброса гидроагрегата на неустойчивый режим работы при повышенных скоростях вращения вследствие отказа датчика скорости вращения ротора. К отказу датчика скорости вращения привела нерасчетная вибрация гидроагрегата, вероятной причиной которой является сочетание новой недоведенной системы управления и практически исчерпавшего ресурс гидроагрегата, ремонт которого производился только на отдельных элементах и без надлежащего контроля изготовителя.
Запроектная авария второго гидроагрегата превратилась в общую катастрофу из-за отсутствия полноценной системы защиты, автоматически перекрывающей водовод в верхнем бьефе при выходе гидроагрегата на недопустимые уровни вибрации и тем самым предотвращающей катастрофический резонансный рост пульсаций давления в проточной части. Низкая прочность шпилек крепления крышки второго гидроагрегата только ограничила максимальный уровень давления на пике гидроакустического резонанса и, тем, самым, уменьшила возможный уровень разрушений при катастрофе.
Последовавший за этими событиями процесс выхода из строя остальных гидроагрегатов в первом приближении уже рассмотрен, понятен специалистам, и в данной работе подробно не анализируется.
 
    Иерихон на Енисее
Статья в журнале "Промышленная безопасность" - "Иерихон на Енисее"
Расследование катастрофы на Саяно-Шушенской ГЭС с самого начала сопровождалось заявлениями официальных лиц, в том числе и главы Ростехнадзора, что произошло нечто необъяснимое. Однако в опубликованном спустя полтора месяца после катастрофы акте технического расследования комиссии Ростехнадзора ни о чем загадочном уже не упоминается. Там просто и незатейливо говорится о том, что «вызванные динамическими нагрузками разрушения шпилек привели к срыву крышки турбины и разгерметизации водоподводящего тракта гидроагрегата». Но что же на самом деле стало причиной одной из крупныхтехногенных катастроф новейшей истории России?
 
    Критерий возбуждения
Критерий возбуждения гидроакустических автоколебаний напорной системы
В работе рассмотрено возбуждение гидроакустических автоколебаний в напорных водоводах гидроэлектростанций с высокими плотинами. Если этот процесс развивается при расходах воды бóльших, чем ее расход на рабочем режиме, то происходит практически неограниченный рост пульсаций давления в водоводе. Именно автоколебания явились причиной катастрофы на Саяно-Шушенской ГЭС 17 августа 2009 года, а также аварии на Нурекской ГЭС 9 июля 1983 года.
Построена теория локального подобия для натурных радиально-осевых гидравлических турбин средней и большой мощности, позволяющая пересчитывать частоты прецессии затурбинного вихря с одной турбины на другую (пульсации давления этой частоты, обычно, и инициируют развитие автоколебаний). На основе решений волнового уравнения с разрывным граничным условием, моделирующим турбину, сравнения полученных в этих решениях собственных частот с частотами возбуждения и учета логарифмических декрементов затухания выведен критерий возбуждения автоколебаний для определения гидроакустической устойчивости ГЭС. Вычислены индексы гидроакустической устойчивости девяти гидроэлектростанций различных типов. К списку из двух гидроэлектростанций, продемонстрировавших гидроакустическую неустойчивость на практике, добавлены ГЭС на границе устойчивости и неустойчивый расчетный вариант еще одной гидроэлектростанции.
 
    Устойчивость ГАЭС
Гидроакустическая устойчивость гидроаккумулирующих станций
В работе рассмотрено возбуждение гидроакустических автоколебаний в напорных водоводах гидроаккумулирующих станций (ГАЭС). По оценкам автора, по крайней мере, на двух из них (на станциях Далечице и Жарновец), рабочие режимы гидроагрегатов оказались близкими к границе режима возбуждения автоколебаний в напорных водоводах. Вследствие этого в течение многих лет, пока гидроагрегаты не были заменены, эти станции не могли работать на номинальных расчетных режимах.
 
    Область неустойчивости
Сопоставление расчетных и натурных данных в области гидроакустической неустойчивости напорных систем и на переходных режимах
В работе сопоставляются расчетные значения индекса устойчивости с натурными данными пяти гидро- и гидроаккумулирующих станций (на шести режимах работы) в области гидроакустической неустойчивости, а также в области перехода от неустойчивого режима к устойчивому. Эти области являются наиболее важной зоной для верификации теории резонансного возбуждения автоколебаний напорных систем, так как именно здесь проявляются очевидные феноменологические признаки попадания гидроагрегатов в соответствующие условия, видимые невооруженным глазом. В результате этого сопоставления устанавливаются критические значения индекса устойчивости, разграничивающие рассматриваемые области.
 
    Когда взлетают агрегаты?
Статья в журнале "ТехНАДЗОР" - "Когда взлетают гидроагрегаты?"
Расследование катастрофы на Саяно-Шушенской ГЭС с самого начала сопровождалось заявлениями официальных лиц, в том числе и главы Ростехнадзора, что произошло нечто необъяснимое. Однако в опубликованном спустя полтора месяца после катастрофы акте технического расследования комиссии Ростехнадзора ни о чем загадочном уже не упоминается. Там просто и незатейливо говорится о том, что «вызванные динамическими нагрузками разрушения шпилек привели к срыву крышки турбины и разгерметизации водоподводящего тракта гидроагрегата». Но что же на самом деле стало причиной одной из крупныхтехногенных катастроф новейшей истории России?
 
    Бустинг на Памире
Тайна горной долины
В работе рассматривается официальная версия аварии 5 февраля 2007 года на ГЭС Памир-1, когда была оторвана турбинная крышка ее второго гидроагрегата, и он был выброшен из турбинного колодца. Показана неспособность этой официальной версии, в которой причиной произошедшего назван обратный гидравлический удар, объяснить, по крайней мере, 3 ключевых обстоятельства инцидента. Рассмотрены гидроакустические характеристики этой станции и продемонстрировано, что инцидент произошел вследствие гидроакустического бустинга – процесса, в котором в напорной системе сначала возбуждаются гидроакустические автоколебания в области не рекомендованной работы, а затем они, в свою очередь, возбуждают катастрофические автоколебания в области запрещенной работы. В основных чертах тогда на Памире в значительно меньшем масштабе была промоделирована катастрофа на Саяно-Шушенской ГЭС, произошедшая 17 августа 2009 года.
 
    Группа риска
Первичный отбор ГЭС и ГАЭС с радиально-осевыми турбинами в группу риска по гидроакустической устойчивости
В работе описана краткая методика оценки гидроакустической устойчивости напорной системы ГЭС и ГАЭС.
 
    Причины и поводы
О поводе и причине катастрофы на Саяно-Шушенской ГЭС
В работе дан ответ на критику работы «Технические причины катастрофы на Саяно-Шушенской ГЭС (итоги расследования)» со стороны главного специалиста по ГЭС ООО «Ракурс-Инжиниринг» О. Башнина. Продемонстрирован пример манипулирования им данными с трендов основных характеристик второго гидроагрегата СШ ГЭС. Тем не менее, если впервые представленные им в общий доступ тренды все же соответствуют действительности, тогда можно полагать, что процесс в напорном водоводе этого агрегата, вызвавший инцидент и ставший поводом к катастрофе, в целом произошел при его синхронном режиме работы. Однако причиной катастрофы является совсем иное – гидроакустическая неустойчивость напорного тракта станции, приводящая после возникновения внешнего возмущения к образованию и развитию в нем автоколебаний практически неограниченной интенсивности.
 
    О теории
Отражает ли теория резонансного возбуждения автоколебаний напорных систем реальность?
В работе показано, что теория резонансного возбуждения автоколебаний напорных систем гидроэлектростанций проверяема и не содержит внутренних противоречий. Продемонстрировано, что попытки найти противоречия между ядром этой теории – теорией гидроакустического резонанса и известными и твердо установленными наукой знаниями, успехом не увенчались. Показано, что малая точность определения некоторых параметров, необходимых для вычисления основной характеристики гидроакустической устойчивости напорных систем – индекса σ, не препятствует его эффективному использованию.
 

Обратная связь

Карта сайтаsynerjetics@hotmail.comВернуться наверх страницы