ПРОБЛЕМЫ МАШИНОСТРОЕНИЯ И НАДЕЖНОСТИ МАШИН
< 6, 2008
ОБЩИЕ ВОПРОСЫ МАШИНОВЕДЕНИЯ
УДК 007.01
© 2008 г. Москвитин Г.В., Краснощекое H.H.
КОСМИЧЕСКОЕ МАШИНОВЕДЕНИЕ
Памяти академика Фролова Константина Васильевича (1932-2007)
Изложены проблемы становления одного из важнейших направлений науки о машинах - космического машиноведения и основные направления его практического применения, учитывая ключевое значение освоения Космоса как для обеспечения естественных условий жизни на Земле, так и для изучения Вселенной.
Исторический прорыв в Космос привел к интеллектуальному взрыву научных исследований, породившему новые, названные космическими, направления развития физики, химии, механики, биологии, медицины и ряда других областей научных знаний. В этой связи уместно говорить и о космическом машиноведении, имея в виду перспективы науки о машинах и механизмах, предназначенных для работы в условиях Космоса.
Эти условия характеризуются глубоким вакуумом, солнечной радиацией, магнитными полями и бурями, невесомостью, сверхвысокими и низкими давлениями и температурами, космическими скоростями и ускорениями, жесткими космическими лучами и другими малоизученными и неведомыми явлениями, их различными значениями и сочетаниями, включая экстремальные.
Тайны Вселенной всегда интересовали Человечество. К.Э Циолковский (18571935) был практически первым идеологом и теоретиком освоения Космоса, понимая его как "упорядоченную Вселенную" [1]. Рассмотрение движения ракеты привело его к решению новых проблем механики тел переменной массы. В своем проекте космической ракеты он предвосхитил возможность полета человека в Космос, предусмотрев специальное отделение в ракете для космонавтов. В качестве типа двигателя был принят жидкостный ракетный двигатель (ЖРД), предложены варианты топлива. Им была разработана теория многоступенчатых разделяемых ракет, теория полета в Космосе. Впервые была решена задача посадки космического аппарата на планете, лишенной атмосферы.
В 30-e годы XX в. в стране создается первый в мире Реактивный научно-исследовательский институт (РНИИ), в котором некоторое время (1938 г.) работал С.П. Королев. Но реальная возможность проникновения в Космос появилась лишь в 50-e годы, когда Академия наук, ее отделения и институты вплотную подключились к научным и научно-организационным проблемам космических исследований. При содействии
Президента Академии наук С.И. Вавилова создается Комиссия по исследованию верхних слоев атмосферы. Коллектив ученых и конструкторов, возглавляемый председателем Комиссии, известным специалистом в области баллистики А.А. Благонравовым и С.П. Королевым, положил начало разработке высотных геофизических ракет [2].
Успешное достижение поставленных целей позволило вплотную приступить к первым практическим шагам осуществления великой мечты К.Э. Циолковского - выхода человека в космическое пространство. Однако на пути к цели от взлета ракеты на большую высоту (в сотни км) до полета по орбите вокруг Земли с необходимой для этого первой космической скоростью (~7,91 км/с) были качественно новые, фундаментальные проблемы.
Одним из инициаторов развертывания работ по исследованию Космоса и созданию ракетно-космических систем выступил видный ученый академик Келдыш М.В. (Президент Академии наук в 1961-1974 гг.). На основе новых достижений математики и вычислительной техники он в середине 1950-х гг. возглавил разработку научно обоснованных теоретических предпосылок и точных расчетов вывода искусственных тел на околоземные орбиты, а в дальнейшем - полетов к Луне и планетам Солнечной системы. Он внес большой вклад в решение на современном уровне многих проблем механики космических полетов, теории управления, навигации и теплообмена.
М.В. Келдыш руководил научно-техническим советом по координации деятельности НИИ и КБ по созданию Первого искусственного Спутника Земли [3], выведенного на Орбиту вокруг Земли 4 октября 1957 г. Этот день принято считать началом Космической эры.
Материальной базой первых шагов, открывших эру освоения Космоса, стали ракетно-космические комплексы Главного конструктора С.П. Королева, имевшего опыт создания и запуска межконтинентальных баллистических ракет. С.П. Королев был убежденным энтузиастом полета человека в Космос. Он вошел в историю ракетно-космической науки и техники как создатель первых космических ракет, а также как руководитель подготовки первых космонавтов и осуществления их полетов [4].
Первопроходцем Космоса стал гражданин России Юрий Алексеевич Гагарин (19341968). 12 апреля 1961 г. он совершил первый в истории космический полет Человека, облетев Землю на корабле "Восток" за 1 ч. 48 мин. Это была общая большая победа человеческого гения - начало эпохи непосредственного проникновения Человека в Космос.
Открыв дорогу в Космос, Россия первой осуществила полеты искусственных спутников Земли, Луны, Венеры, Солнца, автоматических научных станций к Луне, Венере, фотографирование обратной стороны Луны, посадку на Луну, Венеру, Марс, доставку на Луну управляемого с Земли первого автоматического передвижного исследовательского комплекса "Луноход-1", доставку на Землю лунного грунта, пилотируемые полеты многоместных кораблей серий "Восток", "Восход", "Союз", научных станций "Салют" и сооружение в Космосе многолетней научной лаборатории - станции "Мир".
Первой женщиной-космонавтом стала Валентина Терешкова (Россия), совершившая свой полет 19-22 июня 1963 г. на космическом корабле "Восток-6". Космонавт Алексей Архипович Леонов (Россия) во время полета на космическом корабле "Вос-ход-2" 18 марта 1965 г. впервые в мире осуществил выход Человека в открытый Космос.
Первый выход женщины-космонавта в открытый Космос совершила Светлана Савицкая (Россия) во время полета на орбитальной станции "Салют-7" 17-25 июля 1984 г. В течение 3 ч 34 мин. она провела испытания нового универсального ручного инструмента, предназначенного для работы в открытом Космосе. Это подтвердило возможность выполнения космонавтами различных монтажных, восстановительных и других работ в открытом Космосе, что открыло дорогу монтажу в Космосе Международной космической станции (МКС), действующей и поныне.
Рис. 1
3 февраля 1966 г. была совершена первая посадка нашего космического аппарата на Луну и передача на Землю телевизионных изображений лунной поверхности ("Лу-на-9", Россия).
17 ноября 1970 г. космическим кораблем "Луна-17" для проведения комплекса научных исследований на Луну был доставлен первый автоматический самоходный аппарат "Луноход-1" (Россия) (рис. 1). На поверхности Луны аппарат проработал почти год (с 17 ноября 1970 г. по 4 октября 1971 г.) и успешно выполнил программу исследований.
30 июня 1982 г. был выведен на орбиту первый спутник-спасатель "Космос-1383" международной системы "Коспас-Сарсат" (Россия). На борту спутника установлена аппаратура для определения местонахождения судов и самолетов, терпящих бедствие. Космическая система "Коспас-Сарсат", в которую входил ряд спутников, помогла спасти сотни человек - граждан разных стран.
Выше приведены лишь самые первые шаги освоения Космоса. С тех пор была выполнена большая программа исследований, которые не были самыми первыми, но также внесли весомый вклад в общее дело.
Большое историческое значение имеет провозглашение нашей страной - первопроходцем освоения Космоса - высокого нравственного принципа использования Космоса исключительно в мирных целях. Представляя наши достижения в различных международных организациях (КОСПАР, Комитет по мирному использованию космического пространства при ООН и др.), А.А. Благонравов внес неоценимый вклад в превращение соперничества стран в их содружество в деле освоения Космоса, положившее начало создания Международной космической станции (МКС). Однако нельзя не отметить исторические результаты, полученные благодаря самым первым полетам в Космос и напряженной работе космической научной станции "Мир" (СССР). В 1991-2001 гг. Российская академия наук участвовала в осуществлении более десяти исследовательских проектов Федеральной космической программы с использованием автоматических космических аппаратов и модулей орбитальной пилотируемой станции "Мир".
Проникновение в Космос раскрыло принципиально новые возможности проводить на качественно более высоком уровне исследования космического и околоземного
пространства, позволило научно обоснованно подойти к решению жизненно важных проблем мониторинга поверхности Земли и тенденций ее эволюции, проблем экологического состояния земной поверхности, ее высотного картографирования, материаловедения и других насущных проблем.
Многие достижения уже находят исключительно важное практическое применение в нашей жизни. Достаточно вспомнить о роли искусственных спутников Земли в навигации, теле- и радио коммуникации, исследовании инфраструктуры земной поверхности, о предсказании глобальной погоды, геологических изысканиях, обнаружении запасов рыбы в морях и океанах, и, наконец, в решении ряда специальных вопросов.
Под руководством A.A. Благонравова Институт машиноведения получил существенное развитие, вызванное увеличением объема фундаментальных научных исследований по основным направлениям машиноведения. Институт концентрирует свой научный потенциал на решении актуальных проблем создания новой и принципиально новой техники для освоения Космоса.
В 1975 г. директором Института машиноведения стал К.В. Фролов, сподвижник A.A. Благонравова, сохранивший его лучшие традиции и приложивший огромные усилия для развития сложившихся основных направлений научной деятельности Института. К ним относятся: Теория машин и механизмов, автоматизация, робототехни-ческие и мехатронные комплексы; Теория прочности, надежности, ресурсов, безопасности машин и сложных технических систем; Динамика машин, вибрационные и волновые процессы в машинах и конструкциях; Биомеханика, эргономика и управление в системах "человек-машина-среда"; Трибология, износостойкость, снижение энергетических потерь в машинах и оборудовании; Проблемы рационального использования новых материалов (аморфных, наноматериалов и др.
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.