Раздел 2. Зарубежный задел.Наиболее результативным проектом по разработке трансформируемых (надувных) модулей за рубежом можно считать проект создания надувного жилого модуля
TransHab (рис. 1), разрабатывавшийся NASA в 1992–2000 гг. Данный модуль планировалось использовать в составе Американского сегмента МКС, в перспективе – для полета на Марс и создания коммерческой орбитальной станции.
Конструктивной особенностью модуля
TransHab является объединение жесткого каркаса и надувной оболочки в единую конструкцию. Основа модуля — мягкая тканевая трансформируемая оболочка со встроенной микрометеороидной и радиационной защитой. В ходе работ по проекту NASA был проведен большой объем проектно-поисковых исследований и экспериментальных работ, в т. ч. были созданы полноразмерные макеты оболочки модуля, проведены прочностные и тепло-вакуумные испытания, а также испытания на стойкость к пробою микрометеороидами.
С 2000 г. работы продолжила компания Bigelow Aerospace, которая, основываясь на наработках по проекту
TransHab, развернула опытно-конструкторские работы по созданию экспериментальных прототипов и полноразмерных космических модулей различного целевого назначения. Основная декларируемая цель компании — постройка коммерческой орбитальной станции нового поколения на базе надувных модулей. В 2006 и 2007 гг. компанией Bigelow Aerospace были проведены успешные летные испытания двух экспериментальных модулей
Genesis I и
Genesis II объемом около 12 м3.
В апреле 2016 г. был запущен и введен в состав МКС модуль
BEAM объемом 16 м3 и массой 1 360 кг
(рис. 2).
Раздел 3. Результаты проектных и экспериментально-исследовательских работ РКК «Энергия».С 2012 г. РКК «Энергия» в инициативном порядке в рамках инвестиционного проекта, финансируемого из собственных средств, проводились работы по проектированию ТМ, созданию и экспериментальной отработке масштабного макета ТМ, фрагментов МТГО и ключевых обеспечивающих систем.
Итоги инвестиционного проекта:
• созданы образцы материалов и фрагментов МТГО, проведена экспериментальная отработка с их использованием;
• изготовлен масштабный макет ТМ для отработки технологий изготовления и испытаний многослойных оболочек, подтверждения предполагаемых основных характеристик предлагаемой технологии и изделий на ее основе;
• проведена наземная экспериментальная отработка макета и его ключевых элементов.
По итогам выполнения работ достигнута главная цель инвестиционного проекта: обеспечено создание технологии надувных ТМ для использования в перспективных российских пилотируемых программах. Проведенные работы во многом базировались на научном и материально-техническом заделе РКК «Энергия» и предприятий кооперации по созданию трансформируемых шлюзовых отсеков с мягкой многослойной гермооболочкой, космических скафандров, композитной микрометеороидной защиты, экранно-вакуумной теплоизоляции, материалов и тканей для интерьеров модулей МКС, приборов и систем пилотируемых космических средств.
В 2015 г. завершились основные проектнопоисковые и расчетно-теоретические работы, связанные с выбором структуры и состава слоев оболочки, разработкой предварительной конструктивно-компоновочной и конструктивно-силовой схем складского модуля. Внешний облик проекта разрабатываемого ТМ и состав слоев его оболочки представлены на
рис. 3 и 4, соответственно.
Особенностью проекта является новизна технологии и отсутствие прямых аналогов в отечественной космической промышленности. Поэтому окончательный выбор конструкции, компоновки, структуры оболочки и модуля в целом может быть сделан только по результатам экспериментальной отработки.
Р
аздел 4. Результаты экспериментальных работ с фрагментами оболочки.В конце 2012 г. начата экспериментальная отработка технологии с использованием образцов материалов и фрагментов оболочки.
Экспериментальная отработка включает в себя проверку следующих свойств:• величина и стабильность массо-габаритных характеристик изготавливаемых объектов;
• физико-механические свойства материалов и оболочки в целом и их деградация под воздействием внешних воздействующих факторов;
• теплофизические свойства оболочки;
• пыле- и влагопроницаемость, гигроскопичность;
• газовыделение, токсикологическая безопасность при штатных условиях;
• пожаробезопасность;
• акустические характеристики;
• стойкость к пробою метеороидными частицами;
• газопроницаемость;
• герметичность внутренней оболочки.
Фотографии некоторых образцов оболочки представлены на
рис. 5.
Раздел 5. Микрометеороидная защита.В результате проведенных работ по созданию микрометеороидной защиты были выбраны две прошедшие экспериментальную и расчетную отработки базовые конструктивные схемы четырехэкранной трансформируемой гибкой защиты от высокоскоростного удара. В выбранных вариантах используются исключительно отечественные материалы.
Наилучшие параметры стойкости обеспечиваются для схемы, в составе первого экрана которой используется специально разработанный РКК «Энергия» с кооперацией новый композиционный материал с внедрением в его структуру порошка тяжелых металлов.
Показатели материалов:• Суммарная масса защиты ТМ составляет ~14,6 кг/м2.
• Толщина в рабочем положении ~310 мм.
• В транспортном положении обеспечивается поджатие защиты до ~120 мм (до рабочей толщины восстанавливается самостоятельно за счет упругих сил).
Защита является гибкой (складываемой), что позволяет существенно уменьшить ее габаритные размеры в транспортном положении, обеспечить возможность установки на объекты (космические аппараты) со сложной поверхностной конфигурацией.
Результаты испытаний конструкции защиты трансформируемого модуля:
• в низкоскоростном диапазоне при скорости встречи 2 650 м/с критическим является удар алюминиевой частицы диаметром около 6,35 мм, массой ~0,36 г (зарегистрирован пробо́й на пределе);
• в высокоскоростном «зачетном» диапазоне при скорости встречи 6 510 м/с критическим является удар алюминиевой частицы диаметром более 11,5 мм, массой ~2,15 г (зарегистрирован непробо́й).
Осколки дробления исходной частицы диаметром 11,5 мм были остановлены внутри последнего защитного экрана без его сквозного пробивания. Результаты испытаний на высокоскоростной удар представлены на
рис. 6.
Схема защиты с композиционным экраном существенно превосходит заданные требования по ударной стойкости и имеет потенциал для снижения массогабаритных характеристик. Для ликвидации пробоев оболочки под воздействием микрометеороидов и фрагментов космического мусора используется
полиуретановый клей АДВ-5.
Раздел 6. Масштабный макет.В 2015 г. РКК «Энергия» с кооперацией были завершены работы по созданию масштабного макета ТМ в 1/3 от натуральной величины
[рис. 7, 8].
Масштабный прототип предназначен для отработки технологии изготовления ТМ, отработки технологии восстановления поврежденного корпуса модуля, силовой схемы, герметичности, методов укладки, средств зачековки и развертывания МТГО, а также демонстрации инновационных технологий изменения герметичного объема на авиационно-космических салонах и выставках.
В 2015 г. был проведен цикл наземной экспериментальной отработки макета ТМ. По результатам испытаний подтверждена правильность основных выбранных конструктивно-компоновочных решений, намечены пути оптимизации конструкции с целью повышения технологичности и эксплуатационных характеристик ТМ.
Раздел 7. Проект по созданию складского модуля.После отработки конструктивно-компоновочных решений и выполнения испытаний на масштабном макете планируется создание ТМ среднего размера (объемом около 100 м3) для перспективных космических проектов (например, российской околоземной орбитальной космической станции) с обеспечением максимальной унификации с полноразмерными модулями как по жесткому отсеку, так и по МТГО.
Создаваемый в ходе инвестиционного проекта РКК «Энергия» научный и материально-технический задел по космическим модулям с МТГО, а также имеющийся задел по традиционным модулям космических станций позволят приступить к разработке эскизного проекта по складскому модулю с использованием новых принципов и технологий формирования гермоотсеков.
Такой трансформируемый модуль среднего размера предназначен для:
• проверки работоспособности конструкции на всех этапах функционирования;
• отработки технологии раскрытия МТГО в реальных условиях;
• проверки изменения характеристик как материалов МТГО, так и МТГО в целом за время эксплуатации;
• отработки эксплуатации МТГО в составе модуля.
При создании складского модуля с МТГО будут получены следующие основные результаты:
• существенно увеличен объем складских помещений Российского сегмента МКС (перспективной российской орбитальной базы);
• созданы дополнительные герметичные помещения, которые могут быть использованы в интересах обеспечения жизнедеятельности космонавтов и проведения научных экспериментов;
• отработана технология изготовления, испытаний, укладки, транспортирования, хранения, предстартовой подготовки и выведения ТМ с надувной многослойной оболочкой большого диаметра;
• отработана технология обеспечения автономного орбитального функционирования, сближения и стыковки с космической станцией, развертывания и обеспечения функционирования ТМ в составе космической станции;
• экспериментально подтверждены ресурсные характеристики и защитные свойства многослойной оболочки в условиях совокупного воздействия внешних факторов космического пространства;
• отработаны организационные, схемотехнические и конструкторско-технологические решения по хранению припасов и грузов, а также обеспечению жизнедеятельности экипажа в ТМ с многослойной надувной оболочкой большого диаметра;
• создан научный и материально-технический задел в обеспечение создания надувных обитаемых ТМ различного целевого назначения с повышенными эксплуатационными характеристиками для пилотируемых космических станций, экспедиционных комплексов и планетных баз.
Складской ТМ в исходном и рабочем положениях показан на
рис. 9.
Компоновка системы хранения в складском модуле приведена на
рис. 10.
Предлагаемая конструктивно-компоновочная схема трансформируемого складского модуля обладает следующими достоинствами:1. Наличие нетрансформируемой рабочей зоны экипажа значительного объема с традиционным сечением в плане 2 000×2 000 мм. На стенках этой зоны размещаются рабочие панели приборов, установленных в жесткой раме. На этапе выведения зона может быть полностью использована для складирования припасов и оборудования. Эргономика зоны полностью соответствует рабочим зонам традиционных отсеков космической станции. Рабочая зона имеет повышенные защитные свойства от ионизирующего излучения космического пространства благодаря экранированию как многослойной оболочкой, так и приборами и грузами, что обеспечит защиту экипажа при длительных экспедициях.
2. Наличие пространственной жесткой приборной рамы, оснащаемой аппаратурой в наземных условиях при изготовлении модуля. Глубина зоны размещения приборов составит не менее 350 мм, что обеспечит возможность установки основной служебной и целевой аппаратуры перспективных модулей станции.
3. Наличие четырех трансформируемых зон большого объема с двумя плоскими стенками. В зависимости от решаемых задач эти зоны могут быть использованы для складирования оборудования и припасов, размещения дополнительной служебной и научной аппаратуры с необходимыми рабочими местами, бытовых помещений, тренажеров и диагностических стендов, а также, в перспективе, индивидуальных кают членов экипажа.
В дальнейшем по данной технологии могут быть созданы полноразмерные обитаемые модули объемом до 300 м3 для использования в составе орбитальных космических станций и планетных баз. Сравнение характеристик двух возможных типоразмеров модулей приведено в таблице.
Предлагаемые типоразмеры модулей имеют идентичную конструкцию оболочки и несущей рамы жесткого отсека, что обеспечивает возможность создания модулей различного объема за счет изменения длины цилиндрической вставки оболочки и стержней рамы с сохранением основных элементов конструктивно-силовой схемы
(рис. 11).
Технология позволит создавать отсеки с диаметром внутреннего герметичного объема 6,5 м и длиной до 15 м при стартовом внешнем диаметре оболочки не более 3,75 м.
Раздел 8. Выводы.Существенное увеличение гермообъемов традиционных жестких модулей возможно только за счет увеличения диаметра гермоотсеков. При этом при использовании жестких отсеков увеличенного диаметра потребуется увеличение диаметров головных обтекателей средств выведения, что негативно сказывается на аэродинамическом нагружении конструкции ракет-носителей и может привести к необходимости модернизации системы управления, упрочнению и утяжелению ступеней, и, как следствие, снижению массовой эффективности ракет-носителей. Кроме того, потребуется создание специальных средств и обеспечение специальных условий транспортирования, к тому же переход на увеличенные диаметры жестких герметичных корпусов приведет к необходимости существенной модернизации производства и испытательной базы на заводах-изготовителях.
Таким образом, технология космических трансформируемых модулей с многослойной трансформируемой (надувной) гермооболочкой является наиболее перспективной. Она может обеспечить увеличение массового совершенства гермоотсека за счет коэффициента трансформации до 4,5, что позволит создавать модули больших диаметров без необходимости разработки и применения обтекателей ракет-носителей увеличенного диаметра.
Проведенные РКК «Энергия» проектно-поисковые и расчетно-теоретические исследования, а также экспериментальная отработка с использованием образцов оболочки позволили сформировать существенный задел для дальнейших работ по проекту.
Создание масштабного макета и планируемая экспериментальная отработка с его использованием позволит освоить технологию создания трансформируемых модулей и проверить правильность выбора конструкции оболочки и модуля в целом. Разрабатываемая отечественная технология космических модулей с многослойной трансформируемой гермооболочкой должна превзойти зарубежный аналог по уровню защиты экипажа от воздействия ионизирующего излучения космического пространства, что подтверждается проработкой внутренней компоновки модуля и исследованием Института медико-биологический проблем РАН.
Кроме того, эта технология сможет обеспечить оптимальную, по сравнению с классическими отсеками, компоновку внутреннего гермообъема с точки зрения складирования припасов и оборудования, обеспечения жизнедеятельности экипажа при длительных полетах, проведении научных, медицинских и технологических экспериментов.
Оригинальная статейка
здесь 
Собери из предложенного слово "ВЕЧНОСТЬ".
)
