Основы компоновки бортового оборудования пилотируемых космических аппаратов (5000,00 руб.)

Стр.5

Стр.751

Стр.752

Стр.753

Стр.754

Стр.755

Стр.756

УДК 629.786.2 ББК 39.62я7 О-75 Авторы: А.В. Туманов, В.В. Зеленцов, Н.Л. Павлов, Г.А. Щеглов Рецензенты: кафедры «Космические системы и ракетостроение» (зав. кафедрой чл.-корр. РАН, д-р техн. наук, проф. О.М. Алифанов) и «Системы обеспечения жизнедеятельности и защиты ракетно-космических комплексов» (зав. кафедрой канд. техн. наук, доцент В.С. Пичулин) Московского авиационного института (национального исследовательского университета); советник президента ПАО РКК «Энергия» имени С.П. Королёва, канд. техн. наук, доцент А.П. Александров Основы компоновки бортового оборудования пилотируемых косО-75 мических аппаратов : учебное пособие / [А. В. Туманов и др.] ; под ред. Г. А. Щеглова. — Москва : Издательство МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2020. — 755, [5] с. : ил. — (Серия «Вооружение и военная техника»). ISBN 978-5-7038-5134-0 Приведены основные сведения и изложены исходные данные, необходимые для проведения компоновки бортового оборудования пилотируемых космических аппаратов. Большое внимание уделено вопросам пространственной организации пилотируемых аппаратов в контексте человеческой культуры, приведены основные сведения о компоновке транспортных кораблей и орбитальных станций. Указаны критерии внешней и внутренней компоновки бортового оборудования, необходимого для осуществления космического полета. Приведены основные критерии качества выполненной компоновки и обширный справочный материал по целевому оборудованию и обеспечивающим системам. Содержание учебного пособия соответствует учебной программе и курсу лекций, которые авторы читают в МГТУ им. Н.Э. Баумана. Для студентов высших учебных заведений, обучающихся по направлению подготовки 24.05.01 «Проектирование, производство и эксплуатация ракет и ракетно-космических комплексов». УДК 629.786.2 ББК 39.62я7 ISBN 978-5-7038-5134-0 © Оформление. Издательство МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2020

Стр.5

ОГЛАВЛЕНИЕ Предисловие .........................................................................................................5 Принятые сокращения ........................................................................................8 Введение ................................................................................................................11 Цели и задачи освоения человеком космического пространства .....................11 Критические технологии пилотируемой космонавтики ...................................16 Обитаемые космические сооружения.................................................................18 Цели и задачи компоновки различных пилотируемых космических аппаратаов ............................................................................................................33 Литература к Введению .......................................................................................34 Часть I. ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ ДЛЯ КОМПОНОВКИ ПИЛОТИРУЕМОГО КОСМИЧЕСКОГО АППАРАТА .......................35 Глава 1. Организация пилотируемого космического полета .................................37 1.1. Юридические аспекты космической деятельности ....................................37 1.2. Целевое назначение пилотируемых космических аппаратов .....................38 1.3. Космическая программа пилотируемых полетов ........................................43 1.4. Логистика космической программы пилотируемых полетов .....................50 1.4.1. Организация снабжения пилотируемого космического аппарата ....50 1.4.2. Тара и размещение грузов ...................................................................54 1.4.3. Транспортные космические системы..................................................62 1.4.4. Планирование транспортных операций .............................................76 Контрольные вопросы к главе 1 .........................................................................79 Литература к главе 1 ............................................................................................79 Глава 2. Человек в космическом полете ...............................................................82 2.1. Геометрия тела человека ...............................................................................82 2.1.1. Антропометрические характеристики человека .................................82 2.1.2. Антропометрические характеристики человека в условиях невесомости ...........................................................................................83 2.2. Функционирование человека в космическом полете .................................87 2.2.1. Ограничения подвижности ................................................................87 2.2.2. Питание космонавтов во время полета ..............................................88 2.2.3. Метаболизм ..........................................................................................90 2.2.4. Заболевания экипажа ...........................................................................92 2.2.5. Физическая нагрузка ..........................................................................93 2.2.6. Психологические и социальные аспекты нахождения человека в космическом пространстве ..............................................................94

Стр.751

Оглавление 751 2.3. Воздействие космической среды на человека во время полета .................101 2.3.1. Воздействие внешней среды ...............................................................101 2.3.2. Внешние силовые воздействия ...........................................................105 2.3.3. Воздействие электромагнитных полей ...............................................117 2.3.4. Потоки частиц ......................................................................................120 Контрольные вопросы к главе 2 .........................................................................129 Литература к главе 2 ............................................................................................129 Глава 3. Культурные основания пространственной организации пилотируемых космических аппаратов ...................................................131 3.1. Процесс освоения космоса в контексте развития мировой культуры .......131 3.2. Современный этап освоения космоса. Смена целевых установок при организации пространства КА ..............................................................138 3.3. Морфология человека и некоторые особенности построения пространства жизнедеятельности человека и общества .............................140 3.3.1. Особенности морфологии человека. Человек — существо ортогональное ......................................................................................140 3.3.2. Круг и квадрат в построении пространства жизнедеятельности человека: в архитектуре и культуре ....................................................147 3.3.3. Круг и квадрат в пространственном построении КА ........................156 3.3.4. Естественные и искусственные системы мер ....................................157 3.4. Организация пространства жизнедеятельности человека и общества ......168 3.4.1. Пространство обитания и пространство жизнедеятельности ...........168 3.4.2. Два типа пространства жизнедеятельности человека и общества ....170 3.4.3. Пространство созидания .....................................................................170 3.4.4. Пространство коммуникации .............................................................181 3.4.5. Взаимодействие пространства созидания и пространства коммуникации .....................................................................................189 3.4.6. Пространство созидания и пространство коммуникации в виртуальном мире ............................................................................195 3.5. Организация внутреннего пространства ПКС ............................................197 3.5.1. Организация пространства созидания в составе структуры ПКС .....197 3.5.2. Организация пространства коммуникациив составе структуры ПКС ...................................................................................204 3.5.3. Пространственная граница. Внутренние границы и переходные пространства.................................................................206 3.5.4. Внешние границы и пространственное развертываение ОС ............211 3.5.5. Культурный контекст при проектировании ПКА ..............................214 Контрольные вопросы к главе 3 .........................................................................215 Литература к главе 3 ............................................................................................216 Часть II. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОБЛИКА ПИЛОТИРУЕМОГО КОСМИЧЕСКОГО АППАРАТА ..........................................................217 Глава 4. Блочно-модульная компоновка пилотируемого космического аппарата ..................................................................................................219 4.1. Компоновка пилотируемого космического аппарата .................................219

Стр.752

752 Оглавление 4.2. Блочная компоновка пилотируемых космических аппаратов ...................221 4.3. Модульная компоновка пилотируемых комплексов ..................................233 4.4. Компоновка герметичных модулей орбитальных ПКА .............................243 4.5. Общая компоновка модульных орбитальных ПКА ....................................253 Контрольные вопросы к главе 4 .........................................................................271 Литература к главе 4 ............................................................................................271 Глава 5. Конструктивная компоновка обитаемых модулей ...................................273 5.1. Основные компоновочные элементы ..........................................................273 5.2. Компоновка контура герметичности ...........................................................285 5.2.1. Элементы контура герметичности обитаемых отсеков .....................285 5.2.2. Иллюминаторы ....................................................................................287 5.2.3. Люки .....................................................................................................293 5.3. Конструктивная компоновка трансформируемых отсеков ........................304 5.3.1. Телескопические отсеки ......................................................................304 5.3.2. Отсеки с гофрированной оболочкой ..................................................308 5.3.3. Отсеки с мягкой оболочкой ................................................................318 Контрольные вопросы к главе 5 .........................................................................339 Литература к главе 5 ............................................................................................340 Глава 6. Построение космических комплексов .....................................................343 6.1. Космические комплексы на базе блочно-модульной архитектуры ...........343 6.1.1. Методы и средства создания комплекса ............................................343 6.1.2. Стыковочные узлы герметичных отсеков ..........................................349 6.1.3. Стыковочные узлы негерметичных отсеков .......................................360 6.1.4. Стыковочные узлы герметичных и негерметичных отсеков .............363 6.1.5. Монтаж конструкций космического комплекса ................................367 6.2. Космические комплексы на базе тросовых систем ....................................381 6.3. Космический комплекс на базе свободно летающих компонентов ..........393 6.4. Развертывание космического комплекса ....................................................395 Контрольные вопросы к главе 6 .........................................................................399 Литература к главе 6 ............................................................................................399 Глава 7. Компоновка ПКА с искусственной силой тяжести .................................402 7.1. Поле искусственной силы тяжести ..............................................................402 7.2. Медико-биологические аспекты создания искусственной силы тяжести .....408 7.3. Компоновка космического аппарата с искусственной силой тяжести .....413 7.4. Архитектурные аспекты помещений с ИСТ ...............................................428 7.5. Компоновка центрифуг для создания локальной ИСТ ..............................430 Контрольные вопросы к главе 7 .........................................................................438 Литература к главе 7 ............................................................................................439 Часть III. КОМПОНОВКА СИСТЕМ ПИЛОТИРУЕМОГО КОСМИЧЕСКОГО АППАРАТА .........................................................441 Глава 8. Компоновка обитаемого объема пилотируемого космического аппарата ...........................................................................443 8.1. Характеристики внутреннего объема пилотируемого космического аппарата .................................................................................443

Стр.753

Оглавление 753 8.1.1. Деление герметичного объема .............................................................443 8.1.2. Функциональное зонирование внутреннего объема .........................446 8.2. Компоновочные элементы интерьера .........................................................449 8.2.1. Интерьер и его основные элементы ...................................................449 8.2.2. Компоновка коридоров и проходов ...................................................455 8.2.3. Компоновка фиксаторов и опор .........................................................457 8.2.4. Монтаж и крепление оборудования ...................................................463 8.2.5. Компоновка источников света ............................................................468 8.3. Компоновочные элементы бытовых отсеков ..............................................472 8.3.1. Оборудование для организации приема пищи ..................................472 8.3.2. Оборудование для организации отдыха ..............................................475 8.3.3. Оборудование для организации сна ...................................................475 8.3.4. Складское оборудование .....................................................................478 8.3.5. Одежда ..................................................................................................482 8.4. Компоновка инфраструктуры медицинского обеспечения .......................483 8.4.1. Контроль состояния здоровья и работоспособности экипажа .........483 8.4.2. Бортовое профилактическое оборудование .......................................487 8.4.3. Бортовое медицинское оборудование ................................................491 8.4.4. Компоновка медицинского оборудования .........................................494 8.5. Компоновка рабочих мест для научных экспериментов ............................496 8.5.1. Рабочие места российского сегмента МКС .......................................496 8.5.2. Рабочие места американского сегмента МКС ...................................500 Контрольные вопросы к главе 8 .........................................................................505 Литература к главе 8 ............................................................................................505 Глава 9. Компоновка зон внекорабельной деятельности ......................................508 9.1. Организация внекорабельной деятельности ...............................................508 9.1.1. Виды внекорабельной деятельности ...................................................508 9.1.2. Циклограмма выхода в открытый космос ..........................................509 9.2. Скафандры для внекорабельной деятельности ...........................................515 9.3. Компоновка шлюзовых камер .....................................................................521 9.4. Средства для работы человека в открытом космосе ...................................530 9.4.1. Средства перемещения и фиксации при внекорабельной деятельности ........................................................................................530 9.4.2. Установки для маневрирования космонавта ......................................540 9.4.3. Телескопическая грузовая стрела ........................................................545 9.4.4. Переносное рабочее место и инструменты ........................................549 9.5. Компоновка рабочих мест на внешней поверхности ПКА ........................554 9.5.1. Рабочие места на модулях российского сегмента МКС ...................554 9.5.2. Рабочие места на других сегментах МКС .........................................560 Контрольные вопросы к главе 9 .........................................................................569 Литература к главе 9 ............................................................................................569 Глава 10. Компоновка постов управления.............................................................571 10.1. Особенности компоновки системы управления ПКА ..............................572 10.1.1. Структура контура управления ..........................................................572 10.1.2. Место космонавта в контуре управления ПКА ...............................572

Стр.754

754 Оглавление 10.2. Требования к построению космической эргономической системы ........575 10.2.1. Эргономическое обеспечение на стадии разработки КЭС или ее компонентов ..................................................................575 10.2.2. Размещение постов управления на орбитальной станции ..............577 10.2.3. Особенности компоновки постов управления КПА .......................578 10.2.4. Требования к компоновке кабины и пульта управления ................584 10.3. Система отображения информации ...........................................................587 10.3.1. Построение системы отображения информации .............................588 10.3.2. Средства отображения информации .................................................592 10.3.3. Требования к размещению системы отображения информации ....594 10.3.4. Органы управления ............................................................................596 10.3.5. Размещение рабочих зон на пультах управления .............................597 10.4. Компоновка кабины и системы отображения информации ...................603 10.4.1. Система отображения информации космического корабля «Союз-ТМА» и пульт ручного управления РС МКС ......................603 10.4.2. Система отображения информации орбитального комплекса «Алмаз» .............................................................................606 10.4.3. Аппаратура управления ручной стыковкой космических аппаратов .............................................................................................611 Контрольные вопросы к главе 10 .......................................................................612 Литература к главе 10 ..........................................................................................613 Глава 11. Компоновка оборудования системы жизнеобеспечения ........................614 11.1. Структура системы жизнеобеспечения ......................................................614 11.2. Компоновка оборудования системы обеспечения газовой среды ...........618 11.2.1. Параметры искусственной атмосферы .............................................618 11.2.2. Оборудование для регулирования состава атмосферы ....................620 11.2.3. Средства организации газового обмена ............................................625 11.2.4. Средства контроля состояния атмосферы ........................................632 11.2.5. Средства очистки атмосферы ............................................................638 11.2.6. Размещение блоков СОГС на ПКА ..................................................645 11.3. Компоновка оборудования системы водообеспечения ............................649 11.3.1. Параметры системы водообеспечения ..............................................649 11.3.2. Оборудование системы хранения воды ............................................650 11.3.3. Оборудование системы регенерации воды .......................................652 11.4. Компоновка оборудования системы формирования микроклимата .......657 11.5. Компоновка экологического оборудования ..............................................664 11.5.1 Компоновка оборудования для борьбы с шумами............................665 11.5.2. Компоновка оборудования для санитарно-гигиенического обеспечения ........................................................................................667 11.5.3. Система удаления мусора и отходов .................................................674 Контрольные вопросы к главе 11 .......................................................................679 Литература к главе 11 ..........................................................................................679 Глава 12. Компоновка систем обеспечения безопасности пилотируемого космического аппарата ..........................................................................681 12.1. Основные понятия надежности и безопасности ПКА .............................681

Стр.755

Оглавление 755 12.1.1. Термины и определения.....................................................................681 12.1.2. Классификация нештатных ситуаций ..............................................682 12.1.3. Классификация отказов .....................................................................683 12.2. Обеспечение безопасности и надежности ПКА ........................................684 12.2.1. Критерии и методы оценки безопасности .......................................684 12.2.2. Система обеспечения безопасности и надежности ПКА ................687 12.2.3. Способы резервирования систем ......................................................690 12.3. Требования безопасности системы космонавт — среда ..........................692 12.3.1. Требования к компоновке и конструкции ПКА ..............................693 12.3.2. Требования к выбору конструкционных материалов ......................696 12.3.3. Требования, обусловленные неблагоприятным воздействием внешней среды...................................................................................697 12.3.4. Требования к безопасности деятельности экипажа на борту ПКА ....................................................................................697 12.4. Компоновка средств защиты экипажа ПКА от метеоритных потоков и космического мусора.................................................................700 12.5. Компоновка средств защиты от радиационного облучения ....................703 12.5.1. Система обеспечения радиационной безопасности ........................703 12.5.2. Риски, возникающие при радиационном облучении ......................708 12.5.3. Средства мониторинга радиационной обстановки ..........................713 12.5.4. Компоновка экранов радиационной защиты ...................................715 12.5.5. Перспективные способы радиационной защиты .............................723 12.6. Компоновка систем безопасности транспортных ПКА ...........................727 12.7. Компоновка систем безопасности на орбитальном участке полета ........737 Контрольные вопросы к главе 12 .......................................................................747 Литература к главе 12 ..........................................................................................747

Стр.756