Содержание к диссертации
Введение
1 Современное состояние проблемы активного контроля микроускорений на стадии эксплуатации КА 13
1.1 Общие замечания .13
1.2 Обзор космических проектов технологической направленности .17
1.3 Уровень микроускорений в зоне размещения технологического оборудования как контролируемая характеристика 23
1.4 Контроль микроускорений на стадиях жизненного цикла КА 25
1.5 Постановка задач диссертационной работы 31
2 Вывод уравнений модели 34
2.1 Общие замечания 34
2.2 Допущения модели 35
2.3 Уравнения модели движения КА и оценки микроускорений 38
2.4 Выявление границ применимости модели .50
2.4.1 Граница применимости модели, связанная с креплением упругих элементов и использованием демпфирующих устройств .50
2.4.2 Граница применимости модели, связанная с использованием балочной модели упругих элементов 51
2.5 Оценка микроускорений для КА типа «ФОТОН-М» № 4 61
2.6 Выводы по главе 2 73
3 Метод активного контроля микроускорений на стадии эксплуатации КА .75
3.1 Общие замечания и предпосылки метода активного контроля микроускорений 75
3.2 Основные элементы метода активного контроля микроускорений на стадии эксплуатации КА.. 79
3.3 Конструктивный способ снижения микроускорений как реализация принципа активного контроля микроускорений 83
3.4 Исследование эффективности применения метода активного контроля микроускорений 85
3.5 Недостатки метода активного контроля микроускорений .92
3.6 Выводы по главе 3 94
4 Исследование влияния активного контроля микроускорений на важные аспекты функционирования КА на орбите 95
4.1 Общие замечания 95
4.2 Анализ снижения управляемости КА при проведении активного контроля микроускорений 96
4.3 Анализ снижения энерговооружённости КА при проведении активного контроля микроускорений .103
4.4 Анализ возможных конструктивных изменений 110
4.5 Анализ перспектив развития методов и средств активного контроля микроускорений на стадии эксплуатации КА .114
4.6 Выводы по главе 4 120
Заключение .121
Список литературы 124
- Обзор космических проектов технологической направленности
- Выявление границ применимости модели
- Конструктивный способ снижения микроускорений как реализация принципа активного контроля микроускорений
- Анализ снижения энерговооружённости КА при проведении активного контроля микроускорений
Обзор космических проектов технологической направленности
Проблема контроля микроускорений сформировалась после анализа результатов некоторых гравитационно-чувствительных экспериментов, проведённых на борту ОКС «Skylab» в середине 70х годов прошлого века. Сначала она рассматривалась как частная задача, актуальная лишь для узкого круга экспериментов, имевших в подавляющем большинстве военную направленность [17, 18]. Однако вскоре переросла в масштабную и всеобъемлющую проблему [2]. В качестве доказательства этого факта можно привести список ведущих мировых центров специализированного назначения, программы по разработке, созданию и эксплуатации в составе МКС специализированных лабораторных модулей, результаты реализации космических проектов КА специализированного назначения, например, «Фотон», «Бион» и «Шиздзянь» и многое другое. Более того, на современном этапе развития космической техники именно проблема контроля микроускорений существенно сдерживает темпы развития космических технологий и материаловедения [19]. В работе [20] наглядно продемонстрированы современные возможности космической техники и потребности космического материаловедения.
Если в первых публикациях имеются лишь косвенные упоминания о микроускорениях [17, 18], а первые полномасштабные работы в основном посвящены замене термина «невесомость» на «микрогравитация» [19, 21 – 24], то в настоящее время все работы можно условно разделить на три больших направления. В рамках первого направления исследователи изучают и применяют для реализации гравитационно-чувствительных процессов те условия поля микроускорений, которые являются достижимыми на современном этапе развития космической техники и специализированных центров наземного базирования, оснащённых башнями падения, самолётами-лабораторями, центрифугами и другими техническими средствами, позволяющими имитировать поле микроускорений в земных условиях. Большинство этих работ посвящено особенностям протекания тех или иных гравитационно-чувствительных процессов в условиях поля микроускорений [25 – 29]. Они в большей части имеют ярко выраженный прикладной характер и демонстрируют успехи или трудности на пути реализации конкретных процессов. Существенная разнородность гравитационно-чувствительных процессов позволяет некоторые из них успешно проводить в рамках достижимого уровня микроускорений. К таким процессам, прежде всего, стоит отнести биомедицинские эксперименты. Невысокие требования по микроускорениям связаны с тем, что в процессе жизнедеятельности живые организмы сами способны создать микроускорения, превышающие те, которые возникают при их отсутствии. Для реализации биомедицинской экспериментальной космической программы в России создана специализированная серия КА «Бион» [30 – 32].
Другой ряд работ первого направления анализирует возможности достижимого уровня микроускорений, формирует требования по микроускорениям, необходимые для успешной реализации гравитационно-чувствительных процессов, а также высказывается о перспективных потребностях космического материаловедения в плане создания благоприятных условий [33 – 40]. Эти работы характерны тем, что в них высказывается общее мнение специалистов по космическому материаловедению о существенном отставании темпов развития космической техники от потребностей технологов [20]. Однако в них отсутствуют какие-либо рекомендации по снижению уровня микроускорений. Первые публикации таких работ появились ещё до запусков космических лабораторий в процессе анализа результатов наземных испытаний в центрифугах, башнях падения, самолётах-лабораториях и т.д. [41]. Далее появились первые стратегии развития космического производства с учётом перспектив развития космической техники в плане обеспечения благоприятных условий для проведения гравитационно-чувствительных процессов [42]. После реализации значимых космических проектов, кроме описания результатов проведённых технологических экспериментов, авторами данного ряда работ были проанализированы возможности каждого КА, на котором были проведены эти эксперименты [43 – 52].
Второе направление – изучение эволюции КА вокруг центра масс сначала не было связано с проблемой контроля микроускорений. Об этом свидетельствует то, что работы, связанные с управлением орбитальным движением КА с упругими элементами конструкции вышли в свет задолго до появления термина «microgravity», обозначающего поле микроускорений, когда условия во внутренней среде КА обозначались как «force-free» [53]. С другой стороны, при реализации экспериментальной программы на ОКС «Skylab» не предполагалось, что управление положением телескопа может существенно ухудшить условия для протекания гравитационно-чувствительных процессов [11, 45]. Лишь позднее стало ясно, что управление орбитальным движением КА вызывает недопустимо высокие микроускорения [44, 54]. Поэтому вторым направлением работ можно считать изучение и анализ эволюций КА вокруг центра масс с учётом влияния управляющих воздействий на уровень микроускорений [55 – 60]. При этом зачастую, целью таких исследований является выработка конструктивных средств и методов по снижению микроускорений на эксплуатируемой и перспективной космической технике [61].
Результатами исследований в рамках второго направления являются новые знания о характере орбитального движения КА. Так, при реализации программы «Фотон» в части неуправляемого движения КА этого типа был выявлен и описан механизм «раскрутки» КА в процессе его эксплуатации [49, 62]. При анализе орбитального движения МКА «Аист» обнаружена самостабилизация эволюций вокруг центра масс без применения активных средств [63]. Обработка результатов измерений, полученных с КА «Spot – 4», позволила сделать вывод о незначимости квазистатических микроускорений по сравнению с вибрационными благодаря упругому креплению ПСБ к корпусу КА [9]. Такие знания необходимы для выработки методов и способов достижения требуемых значений уровня микроускорений и создают теоретическую базу для проведения активного и пассивного контроля микроускорений на всех стадиях жизненного цикла КА технологического назначения, а также для выработки новых методик оценки микроускорений и создания средств измерений, основанных на этих методиках.
Несмотря на накопленный богатый опыт в рамках второго направления, оно не потеряет своей актуальности ввиду непрерывного совершенствования космической техники и ужесточения требований к уровню микроускорений по мере развития космических технологий.
Третье направление охватывает техническое решение проблемы контроля микроускорений на стадии эксплуатации КА, включая бортовые измерения, их обработку, создание средств измерения и контроля микроускорений. Это направление, с одной стороны, учитывает потребности самих гравитационно-чувствительных процессов (первое направление), а с другой стороны, использует знания, полученные в рамках второго направления для эффективного решения проблемы контроля микроускорений на стадии эксплуатации КА. Именно это направление будет обсуждаться в дальнейшей части настоящей главы диссертационной работы. Самой перспективной частью этого направления является активный контроль микроускорений, поскольку он предполагает возможность приведение контролируемой характеристики (уровня микроускорений) в соответствие техническому заданию по ходу реализации космического проекта. Такая возможность даёт широкие перспективы для развития космических технологий и получения навыков успешной реализации гравитационно-чувствительных процессов путём управления уровнем микроускорений в зоне размещения технологического оборудования.
Все технологические проекты можно разделить на три большие группы в соответствие с классами КА, на которых они реализуются. Тогда первую группу будут составлять проекты, осуществлённые на ОКС, вторую – на специализированных КА среднего класса, имеющих технологическое назначение, и третью – на бурно развивающихся МКА. Современные требования к успешной реализации некоторых гравитационно-чувствительных технологических процессов представлены в таблице 1.1 [54].
Выявление границ применимости модели
Используем следующие упрощающие предположения. 1 Угловое ускорение, создаваемое двигателем, постоянно. 2 За время работы двигателя упругий элемент, двигаясь от недеформированного положения, достигает положения относительного покоя, соответствующее значению углового ускорения. 3 Двигатель выключается мгновенно, что соответствует мгновенной разгрузке упругих элементов. При выключении двигателя возбуждаются свободные колебания ПСБ. Для рассмотрения этих колебаний используем следующие упрощающие предположения: 4 КА симметричен (его центр масс находится в геометрическом центре корпуса КА). 5 Инерционно-массовые, жёсткостные и геометрические параметры упругих элементов КА одинаковы. 6 Возникающие колебания двух упругих элементов КА синхронны. 7 Изменения инерционно-массовых, жёсткостных и геометрических параметров упругих элементов в процессе колебаний пренебрежимо малы. 8 При оценке прогиба учитывается одна форма продольных и одна форма поперечных колебаний.
Принятие упрощения 2 позволяет использовать принцип Даламбера, остановив переносное вращение корпуса космического аппарата и заменив его силами и моментами инерции. Как и ранее, пренебрегаем центробежной силой инерции, поскольку она пропорциональна квадрату угловой скорости со2, по сравнению с касательной. Применение принципа Даламбера позволяет с помощью правила Верещагина определить статический прогиб конца упругого элемента при работающем двигателе ориентации [117]. Действительно, при неограниченно долгом ускоренном вращении космического аппарата вокруг центра масс с постоянным угловым ускорением форма больших упругих элементов после окончания переходного процесса упругой деформации изменяться не будет. При этом элементарная сила инерции, действующая на точки упругого элемента, будет определяться выражениями: „ т т / n\ ёФ = — s (х + R)dx - для балочного представления больших упругих элементов; L ёФ% = г J (х + R)2 + у2 dxdy - для модели пластины, L-b где т - масса упругого элемента; L - длина упругого элемента; Ъ - ширина упругого элемента для модели пластины; R - радиус центрального тела космического аппарата; є - величина углового ускорения; х - продольная координата; у - поперечная координата. Момент от элементарной силы инерции относительно центра масс космического аппарата будет иметь вид: (М\Ф 1= — s (x + R) dx - для балочного представления больших упругих элементов; L dM (фт) = s (х + R)2 + у2 \dx dy - для модели пластины. Угловое ускорение по допущению 1 постоянно и равно: s = —, где Му- момент от двигателя ориентации относительно центра масс космического аппарата; / - осевой момент инерции космического аппарата. Оценим значения суммарных силы и момента силы инерции для выбранной схемы космического аппарата (рисунок 2.3) и его основных параметров (таблица 2.1). Для балочного представления больших упругих элементов:
Применение правила Верещагина [117] позволило оценить статический прогиб балки или средней линии пластины в 0,016 м для выбранной схемы и параметров космического аппарата.
Несмотря на более высокие суммарные значения силы инерции и момента от силы инерции, определяющие деформацию больших упругих элементов в период работы двигателя после его выключения значения реактивных силы и момента в заделке (точке крепления упругого элемента к корпусу космического аппарата) убывают пропорционально отношению амплитуд поперечных и продольных колебаний (рисунок 2.6). При построении зависимостей рисунка 2.6 амплитуда продольных колебаний считалась неизменной.
Рассмотрим воздействие колебаний больших упругих элементов на космический аппарат в виде возмущающего момента, который образуется реактивными силовыми факторами в заделке: M =Mr+Fr-R, (2.14) где Мг - реактивный момент заделки, а Fr - реактивная сила заделки, вызванные колебаниями больших упругих элементов. M, F, Н м Н1,2 0,8 . 0,4 - "- — _ 1 ч " -- /23 0 5 15 tr % Рисунок 2.6 - Зависимость модуля возмущающего момента от отношения амплитуд поперечных и продольных колебаний C,tr: 1. Реактивный момент заделки; 2. Суммарный момент касательной силы инерции; 3. Суммарная касательная сила инерции Примечательно, что даже если отношение амплитуд поперечных и продольных колебаний составляет 1,25%, то возмущающий момент (2.14), а, следовательно, и уровень микроускорений оказываются завышенными примерно на 3% для выбранной схемы космического аппарата.
Таким образом, предварительное исследование показало, что завышенность может носить значимый характер. Так при отношении амплитуд поперечных и продольных колебаний в 25% значения уровня микроускорений могут быть более чем наполовину завышены из-за неучёта поперечных колебаний. Следовательно, существует необходимость оценки реального значения соотношения амплитуд, а также выработки критериев, позволяющих определять применимость балочной модели упругих элементов.
Оценим реальное отношения амплитуд поперечных и продольных колебаний для космического аппарата типа «ФОТОН-М» № 4 (Таблица 2.1). При учёте первой формы продольных и первой формы поперечных колебаний (предположение 8) применим принцип суперпозиции и запишем уравнение прогиба в виде: z(x, y, t) = ty1 пр (x) Cos X1 прt + ф1поп (y) Cos \1 попt , где Ф1прДx) - первая форма продольных колебаний; \пр - первая частота продольных колебаний; ф1поп(y) - первая форма поперечных колебаний; \1 поп -первая частота поперечных колебаний. Эпюра распределения касательной силы инерции по внешней кромке DB упругого элемента показана на рисунке 2.7.
Для определения амплитуды поперечных колебаний рассмотрим правую от оси x половину пластины (рисунок 2.7). Можно приближённо считать, что интенсивность касательной силы инерции подчиняется закону трапеции. Прямоугольная часть этой трапеции обеспечивает продольный статический прогиб свободного конца пластины, который был оценён в предварительных исследованиях. Поперечный прогиб относительно прямолинейного положения свободного конца формирует треугольная часть. Её максимальная интенсивность равна: mM y max qA = LI ч2 b2 / ч + L) н [R + L) . Рисунок 2.7 – Схема распределения касательной силы инерции по внешней кромке упругого элемента: 1) для балочной модели; 2) для модели пластины В рамках принципа суперпозиции рассмотрим действие треугольной части нагрузки отдельно от прямоугольной части, считая, что до её приложения линия BD была прямолинейной. Закон изменения треугольной части нагрузки представим в приближённом виде: max 2у q = qA — . Ъ Интегрируя это выражение, получим закон изменения внутреннего силового фактора: Г max У Q=\qdy = qA l-C1 .
Конструктивный способ снижения микроускорений как реализация принципа активного контроля микроускорений
Проанализируем зависимость, представленную на рисунке 3.6. При малой массовой асимметрии Аm 0 поверхность уровня практически не отличается от поверхности, представленной на рисунке 3.5 (базовая поверхность). Любое сечение плоскостью, параллельной координатной m к даёт прямую линию. При наличии массовой асимметрии Аm = 0,5-5 кг поверхность начинает заметно отличаться от базовой поверхности. Это отличие выражается в том, что величина снижения уровня микроускорений становится выше за счёт нивелирования влияния массовой асимметрии, а также сечение поверхности уровня плоскостью, обозначенной выше, даёт нелинейную кривую. После полного нивелирования асимметрии эта кривая практически переходит в прямую (поверхность 2 на рисунке 3.6). Прямолинейный участок сечения практически параллелен сечению для базовой поверхности. Далее при росте величины массовой асимметрии прямолинейный участок сокращается (поверхность 3 на рисунке 3.6) и для Am = 20 кг в указанном в таблице 3.1 диапазоне изменения массы средств активного контроля и максимального их перемещения относительно центра масс КА прямолинейный участок исчезает. Дальнейшее увеличение Am не рассматривалось по двум причинам. Во-первых, практического значения данный анализ уже иметь не будет, а, во-вторых, речь уже будет идти не об активном контроле уровня микроускорений, а о борьбе с массовой асимметрией. Причём, средства контроля не смогут её полностью устранить. Поэтому исследование массовой асимметрии больше 20 кг в рамках данной работы не представляет никакого интереса.
Проанализируем далее зависимость, представленную на рисунке 3.7 для случая линейной асимметрии. Бороться столь эффективно с линейной асимметрией, как с массовой, предлагаемыми средствами контроля не представляется возможным. Поскольку её влияние на уровень микроускорений связано с рассинхронизацией колебаний ПСБ. В разделе 2.5 рассматривался случай так называемой «чистой» линейной асимметрии. При этом массовая асимметрия и асимметрия узлов крепления ПСБ отсутствовала. На практике это не совсем так. Поскольку материал ПСБ является однородным, то линейная асимметрия породит и массовую. В противном случае придётся признать, что погонная масса ПСБ различна. Но они изготовлены из одного и того же материала. Однако для оценки эффективности предлагаемого метода активного контроля микроускорений на стадии эксплуатации КА это не столь важно. Наоборот, если предположить, что линейная асимметрия не порождает массовую, то мы получим заниженную оценку эффективности предлагаемого метода. Действительно, анализ полученных результатов, представленных на рисунках 3.6 и 3.7, показывает, что при массовой асимметрии снижение микроускорений при применении предлагаемого метода значительнее, чем при линейной асимметрии. Поэтому разумно, как и в разделе 2.5, рассмотреть «чистую» линейную асимметрию, считая оценку эффективности метода несколько заниженной за счёт возможного нивелирования массовой асимметрии, порождаемой линейной. Эффект нивелирования влияния линейной асимметрии на уровень микроускорений может быть достигнут следующим образом. Средства активного контроля перемещаются от своего начального положения, создавая при этом искусственно массовую асимметрию таким образом, чтобы её влияние на уровень микроускорений было бы противоположным влиянию линейной асимметрии. Т.е. знаки создаваемых дополнительных микроускорений в зоне размещения технологического оборудования от линейной и массовой асимметрий были бы противоположны друг другу.
В отличие от поверхностей уровня, представленных на рисунке 3.6, аналогичные поверхности, показанные на рисунке 3.7, сразу демонстрируют нелинейность сечения поверхностей уровня плоскостями, параллельными координатной плоскости дак. Здесь не удаётся выявить различные группы поверхностей, как в предыдущем случае, поскольку для нивелирования влияния линейной асимметрии искусственно создаётся массовая. При этом само влияние становится более сложным. Однако, несмотря на это, можно констатировать тот факт, что эффективность предлагаемого метода активного контроля микроускорений выше, чем для случая симметричного КА. Как и для предыдущего случая, анализу не подвергались значения линейной асимметрии, не имеющие практической ценности.
Для случая асимметрии узлов крепления ПСБ к корпусу КА сколь либо значимых отличий от базовой поверхности для имеющих практический интерес значений асимметрии узлов крепления в результате численного анализа выявлено не было. Однако если при данной асимметрии порождается массовая асимметрия, то эффективность применения метода возрастает. При численном анализе была рассмотрена «чистая» асимметрия узлов крепления ПСБ без наличия массовой и линейной асимметрий.
Исходя из проведённого анализа, можно утверждать, что в целом наличие асимметрии делает предлагаемый метод активного контроля более эффективным, чем для абсолютно симметричного КА.
Одним из основных недостатков предлагаемого метода активного контроля микроускорений является повышение массы КА за счёт средств активного контроля. Причём, эффективность метода и величина возможного снижения уровня микроускорений в зоне размещения технологического оборудования напрямую зависит от массы подвижных частей средств контроля. Особенно этот недостаток существенен для МКА, поскольку их стартовая масса существенно ограничена. Фактически масса средств активного контроля – это величина, на которую вынужденно будет снижена масса научной аппаратуры МКА. Следует отметить, что данный недостаток является неустранимым. Возможно лишь снижение влияния этого недостатка за счёт увеличения рабочего расстояния, на которое могут быть перемещены подвижные части средств активного контроля микроускорений. В этом случае можно использовать менее массивные подвижные части. Однако в целом при использовании предлагаемого метода активного контроля микроускорений увеличения конструктивной массы избежать не удастся.
Вторым недостатком является возможное увеличение внешних габаритных размеров КА в случае, когда средства контроля будут иметь внешние по отношению к корпусу КА подвижные элементы. Поскольку внутренний объём КА ограничен и может не дать ощутимого эффекта в решении задач активного контроля микроускорений, то с точки зрения результативности применения предлагаемого метода направляющие подвижных частей средств контроля должны быть внешними. Для МКА – это единственный способ эффективного использования предлагаемого метода контроля. Причём, следует отметить, что увеличение рабочего расстояния, на которое могут быть перемещены подвижные элементы, в более значительной мере влияют на эффективность активного контроля микроускорений, чем масса этих подвижных элементов. Действительно, масса входит линейно в формулу для компонентов тензора инерции, а расстояние до центра масс – квадратично.
Анализ снижения энерговооружённости КА при проведении активного контроля микроускорений
Темпы прогресса в области космических технологий напрямую связаны с успехами развития методов и средств активного контроля микроускорений на стадии эксплуатации КА. За долгую историю существования проблемы микроускорений накоплен определённый опыт, который позволяет с различной степенью эффективности решать задачу обеспечения и контроля заданного уровня микроускорений. В данном разделе хотелось бы затронуть перспективы решения этой задачи, выделив три основных направления развития.
Первое направление заключается в использовании орбитальных космических станций для нужд космического материаловедения. Преимущества такого направления очевидны. Прежде всего, размеры орбитальных космических станций позволяют реализовать массовое производство в космосе, иметь в составе ОКС специализированные лабораторные модули, которые могут быть использованы как для проведения новых экспериментов с целью разработки новых производственных мощностей на ОКС, так и совершенствования уже реализуемых производственных процессов. Наличие экипажа на борту ОКС даёт возможность оперативного вмешательства в ход реализуемых процессов, быстрой корректировки экспериментальной и производственной программ, своевременной замены отработавшего или отказавшего оборудования, в том числе, и в случае усовершенствования самого технологического цикла, например, по результатам проведённых на ОКС экспериментов. Постоянная связь с Землёй позволит оперативно доставлять произведённую продукцию и исходные материалы, поддерживая тем самым высокие темпы космического производства, а также заменять производственное и научно-экспериментальное оборудование. Высокая энерговооружённость ОКС даст возможность проведения любых по энергоёмкости технологических процессов, осуществлять полномасштабный объективный контроль уровня микроускорений несколькими основанными на разных принципах средствами контроля для повышения достоверности оценок контролируемого параметра.
Однако не менее очевидны и недостатки этого направления. Главным из них является высокий уровень микроускорений во внутренней среде ОКС. Являясь сложной космической системой, ОКС на современном этапе развития пока не может сосредоточиться полностью на решении задач космического материаловедения. Поэтому огромное количество факторов совершенно различной природы способствует созданию поля микроускорений. Сложная конфигурация ОКС, к тому же претерпевающая существенные изменения в период эксплуатации, делает задачу адекватной теоретической оценки уровня микроускорений трудно осуществимой. Даже определение собственных частот колебаний ОКС является весьма непростой задачей [128]. Наличие экипажа и необходимость ежедневных его тренировок является дополнительным источником микроускорений, который трудно нивелировать [64]. Многофункциональность ОКС определяет необходимость одновременной работы большого количества систем и исполнительных органов, создающих дополнительные микроускорения. Так на ОКС «Skylab» космический телескоп наводился на исследуемые объекты без учёта негативного влияния этой операции на проводимые гравитационно-чувствительные процессы [11]. Непрерывная связь с Землёй предполагает регулярные стыковки с ОКС грузовых и пилотируемых кораблей. При таких стыковках уровень микроускорений существенно повышается [129]. Этот факт ограничивает временню продолжительность гравитационно-чувствительного процесса.
На современном этапе развития можно говорить о достижении уровня микроускорений примерно 10 – 100 мкм/с2 в специализируемых лабораторных модулях МКС, например, «Columbus» [14] или «KIBO» [130]. Это направление пока существенно отстаёт от потребностей современного космического материаловедения в плане достижимого уровня микроускорений. Его развитие может быть направлено на удовлетворение нужд той части технологических процессов, которые удовлетворяют обозначенные выше уровни микроускорений в плане разворачивания опытно-серийного производства в космосе. Причём, для этого построена неплохая база. Разработаны средства обеспечения и контроля микроускорений как во внутренней среде лабораторного модуля (Microgravity Vibration Isolation Subsystem) [2], так и внутри защищённой зоны специализированных устройств (MGIM, ВЗП, микрогравитационные платформы) [67]. Имеющиеся методы и средства измерений позволяют корректно оценивать указанные величины микроускорений [131].
Дальнейшими векторами развития этого направления могут быть реализация опытно-серийного производства в космосе на базе имеющихся наработок в конкретном космическом проекте, а также улучшение условий по микроускорениям с целью расширения круга гравитационно-чувствительных процессов, которые возможно и целесообразно проводить на КА такого класса. Следует особо подчеркнуть, что на современном этапе развития в рамках обсуждаемого направления важно воплотить все имеющиеся наработки в реальный космический проект опытно-серийного производства. Именно этот вектор на данный момент является определяющим. В ходе реализации этого проекта возникнут предпосылки, способствующие улучшению базового проекта и расширению областей применения технических решений базового проекта путём улучшения основных эксплуатационно-технических характеристик и, в первую очередь, уровня микроускорений в зоне размещения технологического оборудования.
Второе направление связано с использованием для нужд космического материаловедения специализированных КА технологического назначения. Преимуществом данного направления является сосредоточенность на решении именно технологических задач, чего нельзя было добиться в рамках первого направления в силу многофункциональности ОКС. Такая сосредоточенность позволяет на время реализации гравитационно-чувствительных процессов отключать все вспомогательные системы, минимизируя количество источников микроускорений. Беспилотные КА технологического назначения лишены возмущений, связанных с деятельностью экипажа. В период эксплуатации таких
КА не предполагается пристыковок к ним других космических объектов, что снимает ограничения на время реализации гравитационно-чувствительных процессов. Однако наиболее существенным преимуществом этого направления на сегодняшний день является достижимый уровень микроускорений. Исследования [2] показывают, что в случае применения дополнительных средств активного контроля микроускорений (например, микрогравитационные и виброзащитные платформы) вполне реально говорить об уровне микроускорений 0,1 – 1 мкм/с2.
Избавляясь от недостатков первого направления, второе теряет и ряд преимуществ, которые могут быть причислены к недостаткам. Так, уже нет возможности оперативного вмешательства в ход технологических процессов и проведения экспериментов в космосе. При отказе оборудования успешная реализация проекта находится под угрозой, поскольку его замена или модернизация не предусмотрены в рамках этого направления. Энерговооружённость КА специализированного технологического назначения пока существенно ниже, чем ОКС, что ограничивает возможности опытно-серийного производства.