Влияние невесомости на функционирование различных систем при полете космического аппарата

Московский государственный технический университет
имени Н.Э. Баумана

В.И. Никитенко, А.С. Попов

Влияние невесомости
на функционирование различных
систем при полете космического
аппарата

Рекомендовано Научно-методическим советом
МГТУ им. Н.Э. Баумана
в качестве учебного пособия

Москва
Издательство МГТУ им. Н.Э. Баумана
2013

УДК 612.06+629.78(075.8)
ББК 28.707.3+39.68
Н62

Н62

Рецензенты: В.И. Крайнюков, А.Н. Темнов

Никитенко В. И.
Влияние невесомости на функционирование различных
систем
при
полете
космического
аппарата :
учеб.
пособие / В. И. Никитенко, А. С. Попов. — М.: Изд-во МГТУ
им. Н.Э. Баумана, 2013. — 30, [6] с. : ил.

ISBN 978-5-7038-3719-1
Изложены вопросы, касающиеся воздействия условий невесомости на физиологию космонавта. Рассмотрены профилактические мероприятия по поддержанию здоровья космонавтов, а также вопросы
имитации невесомости в земных условиях и имитации силы тяжести в условиях космического пространства. Описаны особенности
функционирования оборудования космического аппарата в условиях
невесомости и способы передвижения космонавтов в космическом
пространстве.
Для студентов МГТУ им. Н.Э. Баумана, обучающихся по программе проектирования пилотируемых космических летательных аппаратов и изучающих дисциплины «Проектирование космических
аппаратов», «Основы устройств космических аппаратов», «Основы
устройств летательных аппаратов», «Конструирование специальных
машин и устройств».

УДК 612.06+629.78(075.8)
ББК 28.707.3+39.68

ISBN 978-5-7038-3719-1
c⃝ МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2013

ВВЕДЕНИЕ

Одной из особенностей функционирования космического аппарата (КА) в космическом пространстве является очень малое
или нулевое ускорение силы тяжести. Cостояние невесомости заключается в том, что микроускорение g, т. е. ускорение в системе
координат, связанной с КА, весьма мало по сравнению с ускорением свободного падения на земле g0 и достигает обычно на
орбитальных станциях значения (10−6 . . . 10−3) g0.
Длительная невесомость возникает при движении КА или последних ступеней ракеты-носителя (РН) с неработающими ракетными двигателями вне атмосферы планеты.
В земных условиях можно создать только кратковременную невесомость. Она будет наблюдаться в первые 1. . .2 с при свободном
падении тела, когда сопротивление воздуха еще практически не
сказывается на его движении.
Невесомость — одна из важнейших проблем космонавтики. Это
связано с тем, что условия невесомости в космосе существенно отличаются от земных условий, в которых создаются, отлаживаются
приборы и агрегаты РН и КА, а также функционирует организм
человека. Невесомость, в частности, исключает возможность использования силы тяжести в конструкциях РН, КА и их приборов, приводит к усложнению запуска жидкостного ракетного двигателя (ЖРД), делает невозможным применение маятниковой коррекции гироскопических устройств, требует специальных приемов
для разделения жидкой и газовой фаз в ряде агрегатов систем жизнеобеспечения (СЖО), в топливных элементах и топливных баках,
сопровождается ухудшением теплопередачи (отсутствует конвективный теплообмен).

3

В невесомости существенно изменяется состояние многих
гравитационно-чувствительных процессов и систем, к которым
относятся, например, системы со свободной поверхностью раздела фаз, системы вблизи критической точки, многокомпонентные
системы, многофазные системы, в особенности гетерогенные среды и процессы при фазовых переходах (кристаллизация, кипение,
конденсация) или при протекании химических реакций, в том
числе при горении.
Однако следует отметить, что ряд технологических процессов возможен только в условиях невесомости: выращивание некоторых высококачественных кристаллов, получение вспененных
металлов и однородных структур материалов, увеличение эффективности разделения биологических и лекарственных веществ посредством устранения вторичных течений и неустойчивости, вызываемых гравитационной конвекцией.