Космический аппарат

КОСМИЧЕСКИЙ АППАРАТ, общее название технических устройств, предназначенных для решения различных целевых задач в космическом пространстве (например, искусственные спутники Земли и других небесных тел, космические корабли). Первый КА (ИСЗ ПС-1) создан в СССР под руководством С. П. Королёва (запущен 4.10.1957). Средством выведения КА на космическую орбиту служит ракета-носитель. Полёт КА, как правило, делится на следующие участки: выведения (КА сообщается необходимая космическая скорость в заданном направлении); орбитальный (на котором движение КА происходит в основном по инерции, по законам небесной механики); участок посадки. В ряде случаев КА снабжаются ракетными двигателями, позволяющими на орбитальном участке изменять (корректировать) траекторию движения или тормозить КА при посадке.

КА классифицируют по разным признакам. По наличию экипажа на борту выделяют КА: пилотируемые (например, космические корабли «Союз», «Мир», «Шэньчжоу»), посещаемые (например, космическая станция «Салют»), беспилотные, или автоматические (например, ИСЗ серии «Космос», спутники связи серии «Экспресс»). В соответствии с баллистической схемой полёта различают КА: суборбитальные, осуществляющие полёт по баллистической траектории со скоростью меньше 1-й космической, то есть недостаточной для вывода КА на орбиту ИСЗ (например, первые космические корабли США серии «Меркурий»); околоземные, которые движутся по геоцентрическим орбитам, не выходя за пределы сферы действия Земли (например, все искусственные спутники Земли); межпланетные, выходящие в полёте за пределы сферы действия Земли и входящие в сферу действия Солнца, а также других планет или их естественных спутников (например, автоматические межпланетные станции «Пионер», «Венера», космические корабли серии «Аполлон»). В зависимости от целевого назначения КА делят на исследовательские, транспортные, прикладные (спутники связи, метеорологические и др.) и военные. По продолжительности функционирования выделяют КА: короткоживущие - со сроком работы до нескольких суток (например, все суборбитальные КА, космические корабли «Восток», «Восход»); со средней продолжительностью полёта (например, спутники связи серии «Молния», орбитальные станции серии «Салют»); долгоживущие - 10 лет и более (например, спутники связи «Инмарсат», орбитальный комплекс «Мир»). Также различают КА однократного (например, космические корабли серии «Союз») и многократного использования (например, космические корабли «Спейс шаттл», «Буран»).

Необходимость длительного самостоятельного функционирования в условиях космического пространства обусловливает сходные конструктивные особенности большинства КА, которые обычно оборудуются двигательными установками, системами управления, энергопитания, передачи и приёма информации, навигации, регулирования теплового режима и т.п. КА, как правило, состоят из конструктивно и/или функционально законченных отсеков-модулей, объединённых механическими, электрическими и гидравлическими связями. С целью снижения массы КА и, следовательно, расхода топлива на выполнение манёвров некоторые отсеки могут быть отделяемыми (после решения своих функциональных задач). Системы управления современных КА создаются на основе малогабаритных быстродействующих компьютеров и радиационно стойких электронных приборов. В качестве исполнительных органов системы управления движением применяются ракетные двигатели (жидкостные, ионные, плазменные), электроракетные двигатели, инерционные устройства (маховики, силовые гироскопы), а также пассивные средства стабилизации в виде гравитационных штанг, аэродинамических поверхностей или солнечных отражателей. Источниками информации для автономной ориентации и навигации КА служат излучение Солнца, звёзд, электромагнитные волны, приходящие от Земли, Луны, планет и других небесных тел. Управляющая информация поступает также из наземных центров управления. Определение пространственного положения и траектории движения КА производится с помощью различных оптических датчиков, бортовых инерциальных измерительных средств, наземной радиолокационной и оптической аппаратуры. Системы электропитания большинства КА основаны на превращении солнечного излучения в электроэнергию с помощью фотоэлектрических преобразователей. Кроме этого, в состав системы электропитания входят химические источники тока, а также контрольная и регулирующая аппаратура. Для межпланетных КА могут использоваться ядерные или изотопные источники электроэнергии. Системы терморегулирования КА основаны на принципе теплоотвода с помощью излучения. КА обычно имеют так называемые радиационные поверхности, которые за счёт специальных покрытий обладают большим коэффициентом собственного излучения и малым коэффициентом поглощения. Задачей системы терморегулирования является сбор теплоты с тепловыделяющих приборов и агрегатов КА и передача её к радиационным поверхностям. Обычно для этих целей используются газовые и жидкостные теплоносители, перемещаемые вентиляторами или гидравлическими насосами, а также широко применяются тепловые трубы и тепловые насосы. Кроме этого, на пилотируемых КА в герметичной кабине экипажа непрерывно поддерживаются необходимые условия для жизни и работы человека - осуществляется регенерация атмосферы (с регулированием её температуры и влажности), снабжение водой и пищей и др. (смотри Жизнеобеспечения система).

КА, осуществляющие посадку на другие планеты или возвращающиеся на Землю, оснащаются комплексом средств посадки, как правило, включающим тормозные ракетные двигатели, средства аэродинамического торможения и посадочные устройства. КА может осуществлять посадку на поверхность непосредственно или перед посадкой такой аппарат делится на части. Одна часть остаётся на орбите для обеспечения связи с посадочным комплексом и передачи информации на Землю (об атмосфере планеты, магнитном поле, радиации и т. п.), другая часть спускается на поверхность планеты. Конструкция посадочных аппаратов зависит не только от планеты, на которую производится посадка (наличие атмосферы и её плотность, силы тяжести и т.д.), но и от программы исследований и программы полёта (будет ли возвращаться КА или его часть обратно на Землю, какая часть КА останется на планете, какие задачи она будет решать). КА или их отсеки, которые предназначены для спуска на планеты, имеющие атмосферу, покрываются одноразовыми или многоразовыми теплозащитными покрытиями. Кроме общепринятых служебных систем, КА, осуществляющие посадку, могут снабжаться системами перемещения по поверхности планеты, передачи информации на Землю (напрямую или через орбитальный спутник), различной научной аппаратурой.

Конструкция КА (корпус, различные фасонные опоры и перекладины для плоскостей антенн и др.), учитывая специфические особенности космического пространства (глубокий вакуум, наличие метеоритных частиц, интенсивная радиация и др.), выполняется из материалов с высокими удельными прочностными характеристиками, например из алюминиевых или титановых сплавов. С конца 20 века в конструкции КА всё более широкое применение находят композиционные материалы.

Лит. смотри при ст. Космонавтика.

Я. А. Кабанов, И. И. Хамиц.