Газодинамические защитные устройства для двигателей ориентации космических аппаратов и орбитальных станций. Концепция, модельные и натурные эксперименты


Просмотр статьи
PDF, 1,7 МБ

Gas-dynamical protective devices for orientation thrusters of space vehicles and orbital stations. Conceptual design, model and on-orbit experiments

This paper discusses problem of space vehicles and orbital stations contamination by jets from orientation thrusters and suggests possible solutions. It is shown that ejection of incomplete combustion products in the peripheral (over 30 degrees relative to the nozzle axis) region of the jet is the primary mechanism of contamination. A conceptual approach of employing a gas-dynamical protective devices mounted at the outlet part of the nozzle to prevent spacecraft contamination is proposed. The results of model and on-orbit experiments evaluating the efficiency of gas-dynamical protective devices, as well as their constructive design for a variety of transport vehicles and modules of the International space station are presented. Dependence of combustion products composition and spatial distribution on orientation thruster duty cycle is shown. Relevance of further investigation for short, less than 0.1 seconds, pulse modes of en-gine operation is substantiated.

Keywords: contamination by orientation thrusters, incomplete combustion products, gas-dynamical protective devices, on-orbit experiment


Том 17, выпуск 4, 2016 год



В работе обсуждается проблема загрязнения космических аппаратов и орбитальных станций струями двигателей ориентации. Показано, что выброс продуктов неполного сгорания топлива в периферийную (более 30 градусов относительно оси сопла) область струи является основным механизмом загрязнения. Сформулирована концепция защиты космических аппаратов с помощью газодинамических защитных устройств, устанавливаемых на выходную часть сопла. Представлены результаты модельных и натурных экспериментов по исследованию эффективности газодинамических защитных устройств, а также их конструктивное оформление для различных транспортных кораблей и модулей Международной космической станции. Показана зависимость состава продуктов неполного сгорания и их пространственного распределения от режима работы двигателя (длительности импульса). Обоснована необходимость проведения исследований для коротких, менее 0,1 с, режимов включения двигателя.

загрязнение двигателями ориентации, продукты неполного сгорания, газодинамические защитные устройства, космический эксперимент


Том 17, выпуск 4, 2016 год



1. H. Trinks. Experimental Investigation of the Exhaust Plume Flow fields of Various Small Bipropellant and Monopropellant Thrusters. AIAA-87-1607.
2. H. Trinks, I. Kaelsch. Exhaust Plume Effects of Small Thrusters on Spacecraft Surfaces. AIAA-87-1603.
3. “DTO-829(STS-74): The Plume Impingement Contamination (PIC) Space Flight Experiment, JSC-27614, October 1996”.
4. S. Rebrov, Y. Gerasimov. Investigation of the Contamination Properties of Bipropellant Thrusters. AIAA 2001-2818. 35th AIAA Thermophysics Conference, 11-14 June 2001 / Anaheim, CA.
5. S.F. Naumov, Y.I. Gerasimov, S.P. Sokolova, S.G. Rebrov, T.I. Gerasimova, O.V. Kalistratova, M.A. Prokofyev, A.V. Grigorevsky. V.M. Prosvirikov, A.K. Buryak, V.N. Chernik. Influence Orientation Thrusters Fuel/Oxidizer Reaction Products on Thermo-Optic Properties of Spacecraft Thermal Control Coatings. 9th ISMSE, Noordwijk, Netherlands, June 2003, P4.19.
6. Поскачеев Ю.Д., Ребров С.Г., Герасимов Ю.И. Управляющая двигательная установка космических аппаратов и станций с ракетными двигателями малой тяги. // Патент на изобретение РФ №2111904 от 27.05.98.
7. Герасимов Ю.И., Мишина Л.В., Приходько В.Г., Ярыгин В.Н. Способ защиты поверхности космического аппарата от загрязнений, образующихся при дренаже гидравлических магистралей и работе реактивных двигателей, и устройство для его осуществления. Патент на изобретение РФ №21419807 от 27 мая 2000г.
8. Приходько В.Г., Храмов Г.А., Ярыгин В.Н. Крупномасштабная криогенно-вакуумная установка для исследования газодинамических процессов // ПТЭ. 1996. № 2. С. 162-164.
9. Герасимов Ю.И., Ярыгин И.В. Методология исследований в космосе параметров выбро-сов загрязняющих фракций из двигателей ориентации орбитальных станций, оперативного и послеполетного анализа их результатов // Хим. физика. 2008. Т. 27. № 10. C. 35-43.
10. Герасимов Ю.И., Крылов А.Н., Ярыгин В.Н., Ребров С.Г. и др. Газодинамические аспекты проблемы загрязнения Международной космической станции. 2. Натурные эксперименты // ТиА. 2003. Т.10, №4. С. 575-586.
11 Беляев М.Ю., Викельски М., Лампен М., Легостаев В.П., Мюллер У., Науманн В., Тертиц- кий Г.М., Юрина О.А. Технология изучения перемещения животных и птиц на Земле с помощью аппаратуры ICARUS на Российском сегменте МКС // Космическая техника и технологии. 2015. №3(10). С. 38-51.