¬аше окно в мир —јѕ–
 
Ќовости —татьи јвторы —обыти€ ¬акансии Ёнциклопеди€ –екламодател€м
—татьи

1 сент€бр€ 2014

ѕроектирование космических скафандров в SolidWorks

ƒарь€ “юльпа (ћиллионщикова)

ƒарь€ ћиллионщикова SolidWorks

јвтор Ч ведущий инженер, Certified SolidWorks Professional (CSWP), SolidWorks Russia
SolidWorks Russia продолжает публикацию статей, посв€щенных применению современных программных средств в†разработках ќјќ ЂЌѕѕ Ђ«вездаї†Ч одного из†клиентов компании.

ѕролог

ќјќ ЂЌѕѕ Д«вездаУ имени академика √.». —еверинаї†Ч всемирно известное предпри€тие в†области создани€ и†производства индивидуальных систем жизнеобеспечени€ летчиков и†космонавтов, средств спасени€ экипажей и†пассажиров при авари€х летательных аппаратов, систем дозаправки самолетов топливом в†полете.

“ематика работ предпри€ти€ весьма обширна. »†сегодн€ мы†более подробно расскажем о†создании космических скафандров с†использованием решений SolidWorks.

ѕокорители космоса

—овсем недавно на†вопрос Ђ ем ты†хочешь стать?ї дети дружно отвечали Ђ осмонавтом!ї. ¬†таком возрасте редко кто думает об†опасност€х, которые сулит полет вокруг «емли†и, тем более, выход в†открытый космос. “ем не†менее, опасности есть, и†не†только дл€ космических аппаратов и†имиджа нации, но†в†первую очередь дл€ людей, которые рискуют жизнью и†в†пр€мом смысле лет€т в†неизведанное. »†движет ими не†только желание про€вить себ€ и†получить звезду геро€, но†также и†высоконаучный интерес.

 акие†бы ни†были мотивации, очень важно грамотно подходить к†обеспечению защиты людей, участвующих в†таком сложном меропри€тии, как полет в†космос†Ч их†нужно вернуть на†«емлю целыми и†невредимыми.

Ћайка, Ѕелка и†—трелка

ѕрактически почти с†первых лет своего существовани€ одновременно с†выполн€емыми проектами по†авиационной тематике ќјќ Ќѕѕ Ђ«вездаї включилась в†работы по†обеспечению безопасности будущих космических полетов в†части создани€ средств жизнеобеспечени€ и†спасени€. ¬†начале 50-х годов были разработаны и†изготовлены установки, состо€щие из†катапультных тележек, снабженные кислородной аппаратурой и†скафандрами дл€ собак с†целью отработки возможности пребывани€ живых существ на†высотах до†110†км с†последующим катапультированием и†спуском на†парашюте.

«атем была разработана гермокабина животных, котора€ завершилась полетом собаки Ћайка, при котором обследовалось поведение животного как при воздействии вибрации и†перегрузок, так и†в†услови€х невесомости. √ермокабина была укомплектована системой регенерации газовой среды и†автоматами подачи пищи и†воды дл€ животного.

—ледующим этапом работ по†исследованию жизнеде€тельности животных в†услови€х космического полета было создание в†1960 году кабины, котора€ использовалась на†начальном этапе работ по†разработке и†оценке катапультного кресла кораблей Ђ¬остокї.

Ёта кабина была рассчитана на†двух собак и†также укомплектована устройствами дл€ питани€ и†удалени€ отходов. —пециальные вентил€торы обеспечивали животным комфортную атмосферу внутри кабины. «наменитые собаки Ѕелка и†—трелка покор€ли космическое пространство именно в†таком устройстве.

SW скафандры 1 Ѕелка и —трелка

Ћегендарные Ѕелка и†—трелка

SW скафандры 2 √ермокабина

√ермокабина дл€ животных

—кафандр дл€ √агарина

Ќачалом разработки первого космического скафандра следует считать 1959†год, когда вышло ѕостановление правительства ———– с†указанием начать работы по†подготовке полета человека на†искусственном спутнике «емли. ¬†том†же году ќјќ Ќѕѕ Ђ«вездаї было определено головной организацией по†разработке технических средств обеспечени€ человеку жизненно-необходимых условий и†средств спасени€ при полете в†космическое пространство. ¬†весьма короткий срок на†базе имеющегос€ задела по†авиационным скафандрам был разработан скафандр — -1†с автономной системой обеспечени€ жизнеде€тельности (—ќ∆), который обеспечивал спасение космонавта при разгерметизации кабины в†течение 5†часов, а†также жизнеобеспечение космонавта при катапультировании и†последующем приземлении.
SW скафандры 3 — -1

—кафандр — -1

— -1 был выполнен в†виде Ђм€гкогої скафандра с†несъемным пространственным шлемом. ѕод оболочку скафандра надевалс€ специальный теплозащитный комбинезон, в†который были вмонтированы трубопроводы системы вентил€ции, с†помощью которой в†— -1 поддерживалс€ тепловой режим, удал€лись выдел€емые человеком влага и†углекислота. —†помощью вентил€торов в†герметичном скафандре воздух вентилировалс€ воздухом кабины. ѕри этом воздух из†— -1 выходил в†кабину корабл€ через открытый шлем или регул€тор давлени€.

—кафандр типа — -1 успешно эксплуатировалс€ при осуществлении первого в†мире полета в†космос ё.ј. √агарина, а†также при всех полетах кораблей Ђ¬остокї. ƒл€ первой женщины-космонавта ¬.¬. “ерешковой была разработана модификаци€ этого скафандра — -2. ¬†качестве лирического отступлени€. ≈сли присмотретьс€ внимательно к†шлему √агарина, можно увидеть, что аббревиатура ———– нанесена краской не†промышленным способом, а†вручную, кисточкой и†краской. »нтересно, почему? «абыли нанести буквы на†производстве, а†потом спешно исправили? —омнительно. ƒл€ красоты? ≈ще более сомнительно. »†вр€д†ли кто-то в†космосе сможет оценить эту красоту.

ѕо†одной из†версий непосредственно перед вылетом предположили, что первым после приземлени€ √агарина может обнаружить не†поисковый отр€д, а†человек, который не†знает про космос, ни†разу не†видел космонавта, и†неизвестно, как он†отреагирует на†пришельца с†неба, спустившегос€ на†парашюте. ћожет упасть в†обморок, а†может побежать за†вилами или дробовиком. «накомые буквы ———– на†шлеме, по†крайней мере, должны внести успокоение, обозначив страну, пославшую Ђпришельцаї.

SW скафандры 4 √агарин

ѕокоритель космоса

ѕервый выход в†открытый космос

 †началу 1964†года, когда было прин€то решение осуществить выход космонавта в†открытый космос из†корабл€ Ђ¬осход-2ї, на†ќјќ ЂЌѕѕ Ђ«вездаї уже проводились экспериментальные работы по†созданию специального скафандра дл€ внекорабельной де€тельности.

—пециалистами Ќѕѕ Ђ«вездаї была предложена схема складной шлюзовой камеры с†м€гкой надувной оболочкой, что позвол€ло использовать с†минимальными доработками имеющиес€ конструкции корабл€ и†головного обтекател€ ракеты-носител€ и†давало возможность уложитьс€ в†располагаемые весовые лимиты.

—кафандр ЂЅеркутї €вл€лс€ одновременно и†спасательным скафандром на†случай разгерметизации кабины корабл€. ƒл€ повышени€ надежности и†защиты от†факторов открытого космоса скафандр был снабжен двойной гермооболочкой, экранно-вакуумной теплоизол€цией, светофильтром. ƒл€ предотвращени€ декомпрессионных расстройств было повышено рабочее барометрическое давление кислородной газовой среды в†скафандре. ѕервый выход в†открытый космос имел ограниченные задачи, поэтому дл€ обеспечени€ жизнеде€тельности космонавта была применена проста€, рассчитанна€ на†45†минут работы, система наддува и†вентил€ции скафандра кислородом из†группы баллонов, смонтированных в†наспинном ранце. –езервна€ система подачи кислорода была смонтирована в†шлюзовой камере и†соедин€лась со†скафандром с†помощью шланга. ѕоэтому скафандр командира корабл€ Ђ¬осход-2ї ѕ.». Ѕел€ева имел такую†же конструкцию, что и†скафандр ј.ј. Ћеонова, чтобы он†мог, при необходимости, выйти в†шлюз дл€ оказани€ помощи Ћеонову.

SW скафандры 5 шлюзова€ камера

Ўлюзова€ камера корабл€ Ђ¬осход-2ї

ѕосле полета Ђ¬осхода-2ї стало реальностью воплощение замыслов по†дальнейшему совершенствованию оборудовани€, обеспечивающего работу в†открытом космосе. Ќа†повестку дн€ встали вопросы подготовки к†полетам на†Ћуну, одновременных полетов нескольких кораблей, их†стыковки в†космосе, проведение операций, св€занных с†переходом через открытый космос.

ƒл€ решени€ этих задач специалистами ќјќ ЂЌѕѕ Ђ«вездаї были созданы скафандры и†автономные системы обеспечени€ жизнеде€тельности, рассчитанные на†более длительную работу в†открытом космосе. ѕомимо этого нужно было решить достаточно нетривиальную задачу†Ч самосто€тельно надеть скафандр на†борту, поскольку внутри корабл€ космонавты находились без скафандров. –ешение оказалось достаточно нестандартным и†вместе с†тем гениальным†Ч оказалось, что гораздо удобнее не†надевать скафандр, а... входить в†него, как в†помещение. ѕосле чего оставалось всего лишь подт€нуть шнурок и†Ђзакрыть за†собой дверьї.

SW скафандры 7 вход в скафандр

Ђ¬ходї в†скафандр

—кафандры как способ спасени€ жизни

¬†процессе разработки корабл€ Ђ—оюзї снова возник вопрос о†необходимости применени€ спасательных скафандров. ќднако в†то†врем€ он†не†получил положительного решени€, в†св€зи с†чем первые полеты на†этом корабле проводились без скафандров.

 †сожалению, только гибель трех космонавтов Ђ—оюз-11ї в†1971 году в†результате разгерметизации кабины на†участке спуска заставила снова вернутьс€ к†применению скафандров. ѕри этом было необходимо разработать скафандр, сочетающийс€ с†индивидуальным ложементом амортизационного кресла. “ака€ задача была решена в†короткий срок путем создани€ облегченного скафандра Ђ—окол- ї с†м€гким несъемным шлемом с†откидывающимс€ смотровым стеклом. —тоит отметить, что масса такого скафандра не†превышала 9-10†кг. ѕервый полет в†этих скафандрах был осуществлен в†1973 году космонавтами ¬.†Ћазаревым и†ќ.†ћакаровым на†корабле Ђ—оюз-12ї.

SW скафандры 8 после одевани€

 осмонавты ¬. Ћазарев и†ќ.†ћакаров после одевани€ скафандров в†лаборатории Ђ«вездыї на†космодроме Ѕайконур перед первым полетом в†Ђ—окол- ї

—пасательные скафандры аналогичного типа с†внесением в†их†конструкцию р€да усовершенствований примен€ютс€ до†сих пор на†корабл€х типа Ђ—оюзї.

Ќачина€ с†космических кораблей Ђ—оюзї используетс€ нова€ идеологи€ применени€ спасательных скафандров, котора€ предусматривает пребывание космонавтов в†скафандре только на†наиболее опасных с†точки зрени€ возможности разгерметизации участках полета: при выведении, стыковке, спуске с†орбиты на†«емлю. Ёто потребовало дополнительного изменени€ конструкции скафандра, который должен был быстро и†самосто€тельно одеватьс€ космонавтом на†борту корабл€ в†случае аварии. ƒл€ этого на†корабл€х серии Ђ—оюзї была применена проста€ схема системы жизнеобеспечени€ открытого типа.

—ледующий этап совершенствовани€ спасательных скафандров†Ч создание спасательных скафандров Ђ—трижї с†автономной —ќ∆ регенерационного типа дл€ многоразового космического корабл€ ЂЅуранї. —кафандры были рассчитаны на†длительный полет экипажа в†случае разгерметизации кабины (до†12†часов).

ѕри разработке данного издели€ были применены новые термостойкие материалы дл€ оболочки скафандра, разработана вентил€ционна€ система с†малым гидравлическим сопротивлением. ƒл€ скафандра Ђ—трижї была также разработана специальна€ термостойка€ ткань и†теплозащитна€ одежда, обеспечивающа€ возможность катапультировани€ при больших скорост€х полета на†высотах до†30†км.

SW скафандры 9 стриж

—кафандр Ђ—трижї корабл€ ЂЅуранї

—кафандры полужесткого типа дл€ орбитальных станций

¬†середине 60-х годов предпри€тием ќјќ ЂЌѕѕ Ђ«вездаї был выпущен эскизный проект экспериментального скафандра — ¬ с†установкой дл€ перемещени€ космонавта в†открытом космосе, который представл€л собой скафандр так называемого полужесткого типа, с†встроенной системой жизнеобеспечени€ регенерационного типа. ¬ыполненный по†этой концепции скафандр состоит из†жесткой оболочки в†области торса и†головы, м€гких рукавов и†м€гкой оболочки ног.

Ђ¬ход в†скафандрї производитс€ через расположенный в†области спины входной люк, крышка которого образует одновременно контейнер дл€ размещени€ автономной системы жизнеобеспечени€. Ќа†торсовой части (кирасе) размещены остекление иллюминатора, элементы герметизации выходного люка, фланцы дл€ присоединени€ рукавов и†нижней м€гкой части скафандра.

 †1969 году были разработаны, изготовлены и†прошли полный цикл испытаний скафандр дл€ выхода на†Ћуну (условное наименование Ђ речетї) и†орбитальный скафандр (условное наименование Ђќрланї). ќднако в†св€зи с†закрытием советской лунной программы эти скафандры остались невостребованными.

ќпыт разработки скафандра полужесткого типа получил дальнейшее развитие при создании скафандра дл€ первой советской долговременной орбитальной станции. ѕри этом весьма существенной и†одной из†труднейших задач €вл€лось решение проблемы длительного пребывани€ скафандра на†борту станции и†проблемы длительной сохранности циркулирующей в†гидросистеме скафандра воды.

ѕервый выход в†открытый космос в†полужестком скафандре (модификаци€ Ђќрлан-ƒї) был осуществлен из†орбитальной станции Ђ—алют-6ї в†1977†году, и†с†тех пор эти скафандры, посто€нно усовершенствуемые, стали скафандрами орбитального базировани€. ќни посто€нно находились на†борту орбитальных станций Ђ—алютї и†Ђћирї, позвол€€ осуществл€ть работы в†открытом космосе практически всем членам экипажа этих станций.

SW скафандры 10 ќрлан SW скафандры 11 ќрлан SW скафандры 12 ќрлан

—кафандры полужесткого типа Ђќрланї

 †насто€щему времени выполнено шесть модификаций скафандра Ђќрланї. ¬се они обладают р€дом преимуществ, обеспечивающих их†успешное применение при длительных космических полетах.  †ним можно отнести быстрое самосто€тельное надевание-сн€тие, использование одного типоразмера скафандра дл€ космонавтов с†различными антропометрическими данными, возможность обслуживани€ на†орбите без возврата на†«емлю, простоту замены сменных и†вышедших из†стро€ элементов.

–азработка современных скафандров с†помощью решений SolidWorks

¬†50-60-70-е годы аббревиатура —јѕ– нередко могла восприниматьс€ как ругательна€. ј†в†наши дни без применени€ современных средств автоматизации разработка таких сложных наукоемких изделий, как системы обеспечени€ жизнеде€тельности, становитс€ более длительной и†трудоемкой.

—егодн€ ќјќ ЂЌѕѕ Ђ«вездаї разрабатывает современные скафандры с†помощью решений SolidWorks. ¬†основном конструкторским отделом предпри€ти€ выполн€етс€ моделирование твердых тел, работа с†поверхност€ми, с†листовым металлом. Ќемаловажную роль дл€ своевременного запуска издели€ в†производство играет выполнение различного рода расчетов: линейных, нелинейных, газогидродинамических. –абота со†сложными поверхност€ми, с†большими сборками, возможность проанализировать кинематику и†динамику издели€ задолго до†его испытани€†Ч благодар€ этому и†многому другому ќјќ ЂЌѕѕ Ђ«вездаї и†сегодн€ обеспечивает высокое качество и†надежность выпускаемых изделий.

¬†насто€щее врем€ внедр€етс€ методика согласовани€ документации в†электронном виде, что значительно сократит срок запуска нового издели€, издержки на†производстве, будет способствовать улучшению качества готового издели€, тем более такого важного, как космический скафандр, призванный спасать жизни людей, рискнувших оторватьс€ далеко от†«емли.

SW скафандры 13  ираса SW скафандры 14  ираса

 ираса скафандра дл€ ¬ ƒ: слева†Ч выполненна€ в†SolidWorks, справа†Ч реальное изделие

SW cкафандры 15 крышка SW скафандры 16 крышка

 рышка ранца —ќ∆ скафандра дл€ ¬ ƒ: слева†Ч выполненна€ в†SilidWorks, справа†Ч реальное изделие

Ќа†сегодн€шний день основной задачей ќјќ ЂЌѕѕ Ђ«вездаї в†области разработки космических скафандров и†систем обеспечени€ жизнеде€тельности €вл€етс€ повышение эффективности работы человека вне космического корабл€ за†счет совершенствовани€ скафандра и†его систем. –аботы, проводимые ќјќ ЂЌѕѕ Ђ«вездаї с†помощью современных средств автоматизации, направлены на†улучшение подвижности, эффективности работы —ќ∆, повышению ресурса, упрощению обслуживани€ и†снижению массы космических скафандров.

¬†качестве основы дл€ статьи был использован труд Ђ осмические скафандры и†системы жизнеобеспечени€ї. јвторы: ».†ѕ.†јбрамов, ћ.†Ќ. ƒудник, ¬.†».†—верщек, √.†». —еверин, ј.†».†—куг, ј.†ё. —токлицкий

 омпани€ SolidWorks Russia выражает благодарность ќјќ ЂЌѕѕ Ђ«вездаї за†помощь в†подготовке статьи.


„итайте также:


¬акансии:

јктуальное обсуждение

RSS-лента комментариев

ƒавид Ћевин
ƒавид Ћевин
ќт редактора: √лавное отличие человека от животного в том, что он хочет знать
ѕроект ЂЌародное —јѕ–-интервьюї

—лучайна€ стать€:

 огда пора внедр€ть PDM. ќпыт компании Ђ”ралтехфильтр-»нжинирингї — —ергей Ўихов, начальник проектно-конструкторского отдела Ђ”ралтехфильтр-»нжинирингї (≈катеринбург) (4 сент€бр€ 2020)
isicad Top 10

—амые попул€рные материалы

   ‘орумы isicad:

isicad-2010 isicad-2008
isicad-2006 isicad-2004

ќ проекте

ѕриглашаем публиковать на сайте isicad.ru новости и пресс-релизы о новых решени€х и продуктах, о проводимых меропри€ти€х и другую информацию. јдрес дл€ корреспонденции - info@isicad.ru

ѕроект isicad нацелен на

  • укрепление контактов между разработчиками, поставщиками и потребител€ми промышленных решений в област€х PLM и ERP...
ѕодробнее

»нформаци€ дл€ рекламодателей


¬се права защищены. © 2004-2020 √руппа компаний «Ћ≈ƒј—»

ѕерепечатка материалов сайта допускаетс€ с согласи€ редакции, ссылка на isicad.ru об€зательна.
¬ы можете обратитьс€ к нам по адресу info@isicad.ru.