авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ  БИБЛИОТЕКА

АВТОРЕФЕРАТЫ КАНДИДАТСКИХ, ДОКТОРСКИХ ДИССЕРТАЦИЙ

<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:   || 2 |
-- [ Страница 1 ] --

РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ НАУК

УЧРЕЖДЕНИЕ РОССИЙСКОЙ АКАДЕМИИ НАУК

ИНСТИТУТ ПРОБЛЕМ МЕХАНИКИ

ИМ. А.Ю. ИШЛИНСКОГО РАН

В.И. ПОЛЕЖАЕВ, В.В.

САЗОНОВ

МЕХАНИКА НЕВЕСОМОСТИ

И ГРАВИТАЦИОННО-ЧУВСТВИТЕЛЬНЫЕ

СИСТЕМЫ

Аннотации докладов

научно-исследовательского семинара

Препринт № 898

Москва, 2009 г.

-2-

Введение Подсекция 9.3 КНТС по механике невесомости и гравитационно чувствительным системам была организованна решением КНТС Роскосмоса и Совета по Космосу РАН в 1997 г. для рассмотрения результатов проведенных исследований, а также для экспертизы проектов космических экспериментов. Постоянно действующий межотраслевой семинар с таким же названием, являющийся ее рабочим органом и ведущий повседневную работу, был организован с самого начала работы подсекции и поддерживался активным участием представителей академических институтов – Учреждения Российской академии наук Института проблем механики им. А.Ю. Ишлинского РАН, Института прикладной математики им. М. В. Келдыша, Института металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова и др., а также отраслевых институтов ЦНИИМаш, Исследовательского центра им. М.В.Келдыша Роскосмоса и Конструкторского бюро РКК “Энергия”. В связи с 10-летием семинара по механике невесомости и гравитационно-чувствительным системам и одноименной подсекции 9.3 КНТС Роскосмоса 26 ноября 2007 г.

проведено расширенное однодневное заседание семинара.

Во вступительном докладе руководителей семинара и подсекции 9. Д.М. Климова, В.И. Полежаева, В.В. Сазонова кратко изложены итоги деятельности семинара и подсекции, которые заняли свое место в российских и зарубежных исследованиях по микрогравитации. Их достижения легли в основу Российского симпозиума по механике невесо мости и гравитационно-чувствительным системам, проведенного в 2000 г.

в Москве, а также тематических подсекций на Международном (Чикаго, 2000 г.) и Российских (Пермь, 2001 г.;

Нижний Новгород, 2006 г.) съездах по теоретической и прикладной механике. На юбилейном заседании семинара подведены итоги, и обсуждалось сегодняшнее состояние исследований, направленных на повышение эффективности использования космической техники для исследований в условиях микрогравитации.

Материалы семинара – расширенные аннотации докладов, а также стенограмма дискуссий составляют главную часть этого препринта.

Помимо этого в препринте представлены аннотации других докладов, представлявшихся на семинаре в 2007-2008 г.г. Из них отметим обширные 055(02)2 © Институт проблем механики Российской академии наук, 2009 г.

-3 доклады А.В. Зюзгина (управление, датчики, компьютерная лаборатория и др.) и Э.Е. Сона (задачи микро- и наногидродинамики). Доклад, аннотация которого завершает препринт, имеет традиционную направленность на изучение микрогравитационной среды, которая получила высокое развитие в последнем полете КА «Фотон». В приложении даны перечень всех докладов на семинаре по механике невесомости и гравитационно чувствительным системам за 1997-2008 г.г., в том числе представлявшиеся на семинарах, объединенных с данным семинаром, а также адреса докладчиков.

В заключение отметим, что продвижение в 2008 г. в развертывании на Международной космической станции научно-исследовательских модулей «Колумбус» (ESA) и «Кибо» (JAXA), значительная часть которых состоит из оборудования для исследований гравитационно-чувствительных систем, придают особую значимость научно–координационной деятельности, которая велась семинаром и подсекцией в последнее десятилетие.

Достижения участников семинара, представленные в концентрированном виде в этом препринте, составляют основу ряда интересных предложений, в особенности по мониторингу микрогравитационной среды на МКС, который могла бы выполнять специальная международная рабочая группа.

Здесь у российских ученых есть значительный задел. Вместе с тем, подводя итог проделанной работы за прошедшее десятилетие, нельзя не отметить значительное сужение фронта работ, ведущихся в России в высокотехнологичной и междисциплинарной области исследований в условиях микрогравитации при наличии в России космической техники и оставшегося научного потенциала. Это обстоятельство требует существенных перемен в сфере управленческого аппарата и инвестиций.

Выпуск препринта поддержан грантом 09-08-00230 Российского фонда фундаментальных исследований и Ведущей научной школой 2496.2008.8 и посвящается 10-летию работы подсекции 9.3 Роскосмоса по механике невесомости и гравитационно-чувствительным системам и 75 летию ее председателя академика Д.М. Климова. Авторы препринта благодарят директора Учреждения Российской академии наук Института проблем механики им. А.Ю. Ишлинского РАН академика Ф.Л. Черноусько за поддержку инициатив участников семинара и А.О. Руденко за помощь в оформлении препринта.

Сопредседатели семинара В.И. Полежаев В.В. Сазонов -4 Посвящается 10-летию работы подсекции 9.3 Роскосмоса по механике невесомости и гравитационно-чувствительным системам и 75-летию ее председателя академика Д.М. Климова Аннотации докладов участников научно-исследовательского семинара «МЕХАНИКА НЕВЕСОМОСТИ И ГРАВИТАЦИОННО ЧУВСТВИТЕЛЬНЫЕ СИСТЕМЫ»

под руководством В.И. ПОЛЕЖАЕВА и В.В. САЗОНОВА -5 Расширенное однодневное заседание семинара 26 ноября 2007 г., посвященное 10-летию семинара «Механика невесомости и гравитационно-чувствительные системы» ИПМех РАН и подсекции 9.3 КНТС Роскосмоса 1) 26. XI. 2007 г. Д.М. Климов, В.И. Полежаев (ИПМех РАН), В.В. Сазонов (ИПМат им. М.В. Келдыша РАН) «О деятельности подсекции 9.3 КНТС и Семинара по механике неве сомости и гравитационно-чувствительным системам в 1997-2007 г.г.»



Подсекция 9.3 занимается проблемой эффективного использования состояния невесомости в космическом полете в составе секции Координационного научно-технического совета Роскосмоса. В становлении этого актуального направления космических исследований значительная заслуга принадлежит выдающимся советским ученым академикам А. Ю. Ишлинскому, основателю Института проблем механики РАН и руководителю первых советских космических программ В.С.Авдуевскому.

Основными направлениями деятельности подсекции являются:

1. Постановки задач исследования гравитационно-чувствительных процессов и систем в космическом полете.

2. Проблемы создания и эксплуатации космических аппаратов для научных исследований. Методы и приборы для измерения остаточных микроускорений. Обработка данных измерений бортовых датчиков с целью выделения квазистатической компоненты микроускорения.

Виброзащита полезной нагрузки.

3. Разработка математических моделей и программного обеспечения, использующих реальные данные о микрогравитационной обстановке для анализа гравитационно-чувствительных систем и процессов. Послеполет ный анализ экспериментов, выполненных в условиях микрогравитации.

4. Исследование физических механизмов гравитационной чувствительности. Использование гравитационно-чувствительных процессов для мониторинга микрогравитационной среды при проведении космических экспериментов.

5. Земные альтернативы условиям микрогравитации.

Подсекция проводит экспертизу предлагаемых проектов космических экспериментов, рассматривает результаты проведенных исследований. С -6 самого начала работы подсекции был организован постоянно действующий межотраслевой семинар с таким же названием, являющийся ее рабочим органом и ведущий повседневную работу. Основу подсекции и семинара составили представители академических институтов – Учреждения Российской академии наук Института проблем механики им.

А.Ю. Ишлинского РАН, Института прикладной математики им.

М.В.Келдыша, Института металлургии и материаловедения им.

А.А.Байкова и др., а также отраслевых институтов - ЦНИИМаш, Исследовательского центра им. М.В.Келдыша Роскосмоса и Конструкторского бюро РКК “Энергия”.

Следуя этой общей программе, участниками семинара выполнен значительный объем работ по изучению микрогравитационной обстановки на российских космических аппаратах, установлены рабочие контакты с руководителями отечественных проектов, ведущихся в РКК «Энергия» – Центре управления полетами в г. Королеве, а также руководителями американских проектов PIMS (Principal Investigator’s Microgravity Service), МIPT (Microgravity Integrated Performance Team), Mg-Mg, MEIT (Microgravity Environment Intеrpretation Tutorial) в Космических центрах г.Кливленда и г. Хьюстона. Свои результаты на семинаре докладывали представители НАСА, Французского, Канадского космических агентств, китайские ученые. Проведено более 200 заседаний семинара, в том числе несколько объединенных семинаров совместно с семинаром по численному моделированию процессов тепло- и массообмена, а также с другими семинарами Института проблем механики.

В рамках семинара за это время подготовлены и успешно прошли защиту в ИПМех РАН и ИПМат РАН три кандидатских диссертации.

Семинар дал путевку в жизнь ряду кандидатов и докторов наук из Перми, Ростова, Санкт-Петербурга, Москвы, оказал существенное влияние на ряд экспериментов, проводимых по линии КНТС. Рассмотрены и поддержаны новые проекты «Дакон-М», «КРИТ», «Репер-Калибр», «Кулоновский кристалл», ряд проектов Украинского космического агентства и др.

Основные результаты деятельности семинара и подсекции изложены в пяти препринтах ИПМех РАН, сборнике трудов 7-го симпозиума, а также нескольких специальных выпусках журнала “Космические исследования” (2001-2004 г.г.). Одним из научных достижений является разработка связанных между собой задач теоретической механики и гидромеханики, в которой к этому времени преодолен трехмерный барьер в математическом -7 моделировании. Это позволило продвинуться в анализе и интерпретации данных на станции «Мир» и дать обоснование новым экспериментам на МКС. На семинаре систематически рассматриваются новые предложения по постановке космических экспериментов. В 2007 г. представлены доклады с предложениями по постановке космических экспериментов с фазовыми переходами плавления/кристаллизации в эвтектических сплавах, по конвективным процессам в ферромагнитных жидкостях, вибрационным воздействиям на двухслойные системы в условиях невесомости.

Обсуждались вопросы обучения элементарным механизмам конвекции, разработки практикумов по моделированию с помощью современных вычислительных комплексов и др.

Подсекция 9.3 и семинар заняли свое место в российских и зарубежных исследованиях по микрогравитации, их достижения легли в основу VII-го Российского симпозиума по механике невесомости и гравитационно-чувствительным системам (Москва, 2000 г.), а также тематических подсекций на Международном (Чикаго, 2000 г.) и Российских (Пермь, 2001 г., Нижний Новгород, 2006 г.) съездах по теоретической и прикладной механике.

Цель расширенного (юбилейного) заседания семинара – закрепить достигнутое, подвести итоги, обсудить сегодняшнее состояние и дать рекомендации по повышению эффективности использования космической техники для исследований в условиях микрогравитации. Отметим, что рассматриваемое направление активно развивается в мире, ему были посвящены недавние научные мероприятия: конференция «Космическое материаловедение» (сентябрь 2007 г., Калуга), «Interdisciplinary Transport Phenomena» (октябрь 2007 г., Банско, Болгария), «International Symposium on Physical Sciences» (октябрь 2007 г., Нара, Япония), проведенный под эгидой «International Microgravity Strategy Planning Group» (IMSPG), где участвовали некоторые докладчики юбилейного семинара, прибывшие с передового края развития этих наук.

Данное заседание семинара проводится при поддержке ведущей научной школы, которую возглавляет председатель КНТС академик Н.А.Анфимов.

-8 Основные публикации 1. Полежаев В.И., Сазонов В.В. Механика невесомости и гравитационно-чувствительные системы. Аннотации докладов на научно исследовательском семинаре. ИПМех РАН, Препринты № 622, 1998, 36 с.;

№ 653, 1999, 40 с.;

№ 677, 2001, 58 c., № 708, 2002, 47 с.;

№ 751, 2004, 54 с.

2. Сборник трудов VII Российского симпозиума "Механика невесомости. Итоги и перспективы фундаментальных исследований гравитационно-чувствительных систем" (11-14 апреля 2000 г.). М.: ИПМех РАН, 2001, с. 559.

3. Космические исследования, т. 39, № 2, 2001, с. 240 (специальный выпуск, под ред. В.С. Авдуевского, В.И. Полежаева, В.В. Сазонова).

О VII-ом Российском симпозиуме по механике невесомости и гравитационно-чувствительным системам в Москве, 2000 г.

4. Космические исследования, т. 39, №4, 2001 (специальный выпуск, посвященный проблематике семинара).

5. Космические исследования, т. 42, № 2, 2004 (специальный выпуск, посвященный проблематике семинара).

6. Полежаев В.И., Глушко Г.С. Численное моделирование процессов тепло- и массообмена. Аннотации докладов научно-исследовательского семинара по численному моделированию процессов тепло- и массообмена.

Препринт ИПМех РАН № 809. 2006, 99 с.

2) 26. XI. 2007 г. В.В. Сазонов (ИПМат им. М.В. Келдыша РАН) «Остаточные микроускорения на российских космических аппаратах»

Приводится ретроспективный обзор результатов измерений и расчетов остаточных микроускорений на российских космических аппаратах за последние годы. Рассмотрены Орбитальная станция «Мир», Международная космическая станция и спутники «Фотон-11», «Фотон-12», «Фотон М-2» и «Фотон М-3». Микроускорения измерялись с помощью акселерометров ИМУ-128 и ВМ-09 (Россия), микроакселерометров BETA (Франция), SAMS и MAMS (США), QSAM (ФРГ), TAS3 (Бельгия), а также находились расчетным путем – по результатам аппроксимации фактического вращательного и поступательного движений перечисленных космических аппаратов.

Описывается совместная работа с отечественными и зарубежными партнерами в этой области. Обсуждается возможность проведения -9 экспериментов с гравитационно-чувствительными системами на перспективных космических аппаратах. Предлагаются режимы движения космического аппарата, обеспечивающие минимальные остаточные ускорения.

На утреннем заседании 26.11.2007. Выступает В.В.Сазонов, справа налево сидят: Д.М. Климов, В.И. Полежаев, А.А. Горбунов, О.А.Бессонов, В.Л. Левтов, М.З. Мухоян, В.С. Земсков, М.Р. Раухман, В.П. Осипов, Т.Г.Елизарова, О.Ф. Петров, В.М. Емельянов Из стенограммы выступления.

В начале своего выступления я скажу несколько слов об истории нашего семинара. Влияние остаточных микроускорений на некоторые космические эксперименты по физике жидкости и росту кристаллов было осознано через 10 – 15 лет после начала пилотируемых полетов на долговременных орбитальных станциях. Сейчас мы называем такие эксперименты гравитационно-чувствительными. В начале 90-х годов в НАСА было создано подразделение, которое называлось «Microgravity - 10 Science and Applications Division» (MSAD). Возможно, оно функционировало и раньше, но мы познакомились с его деятельностью именно в то время. В рамках MSAD функционировала группа, называвшаяся «Principal Investigator Microgravity services» (PIMS). Эта группа занималась измерениями и исследованиями остаточных микроускорений на шаттлах и обеспечивала экспериментаторов информацией о микроускорениях в местах установки их приборов. Кроме того, PIMS проводил большую разъяснительную работу о природе микроускорений, их влиянии на космические эксперименты, показывал, как надо пользоваться данными измерений, и т. п.

Вадим Иванович Полежаев очень хотел создать такую группу и в России (кстати, о роли микроускорений я впервые услышал от него еще в 1981 г., когда он комментировал мой доклад на съезде механиков в Алма Ате). В 1994 г. в рамках Московского аэрокосмического конгресса была организована и очень успешно проведена секция по микрогравитации.

Приехало много американцев, в частности, руководители MSAD и PIMS. С ними были установлены контакты, и мы получили исчерпывающую информацию об организации работ в PIMS. Надо сказать, что американцы пропагандировали свою деятельность по сертификации «микрогравитационной обстановки» (так дословно переводится их термин) на космических аппаратах, были доброжелательны в контактах, и мы начали активно взаимодействовать с ними по этому вопросу. Сначала мы получили данные о микроускорениях на шаттлах, затем на станции «Мир»

был установлен американский акселерометр SAMS, и мы начали получать информацию оттуда. На «Мире» был еще французский акселерометр, мы начали сопоставлять данные измерений разных приборов, рассчитывать квазистатические микроускорения по телеметрической информации об ориентации станции, готовить данные для математического моделирования космических экспериментов и т. д. Началась и продолжается по сей день работа, в которой в основном участвуют три организации: РКК «Энергия», ИПМ им. Келдыша РАН и ИПМех РАН.

Несколько энтузиастов из этих организаций образуют российский аналог PIMS. Эта деятельность не является неформальной. Она направляется подсекцией 9.3 КНТС и семинаром, на котором мы сегодня присутствуем.

Первой практической работой российского аналога PIMS было обеспечение экспериментов на французской установке «Alice» в 1995 г. на станции «Мир». Микроускорения во время этих экспериментов измерялись - 11 встроенным акселерометром установки «Alice», акселерометром SAMS и рассчитывались по телеметрической информации об ориентации станции.

Обработка данных этих экспериментов продолжается и сегодня. Затем примерно по той же схеме были обеспечены эксперименты на установке «Дакон» (станция «Мир», 1998-2000 г.г.) и исследование микроускорений на Международной космической станции (МКС).

На МКС установлены два американских акселерометра SAMS и MAMS. Первый акселерометр измеряет высокочастотную составляющую микроускорения, второй – низкочастотную. Измерения ранее проводились непрерывно, их данные выкладывались в Интернет. В 2002 г. мы принимали группу PIMS в ИПМех РАН. На этом семинаре представители PIMS сделали ряд докладов, посетили ЦУП. Однако в 2004 г. после трагедии с шаттлом «Колумбия», эта группа была расформирована. Во время работ по анализу микроускорений на МКС состоялись наши последние контакты с нею. В настоящее время измерения микроускорений на МКС американскими акселерометрами выполняются эпизодически.

Несмотря на приостановку работ на МКС, наша деятельность по изучению микроускорений не прекратилась. Российская «микрогравитационная наука», к счастью, ориентирована не только на МКС. Есть еще спутники «Фотон» и корабли «Прогресс». Мы пока занимаемся ими.

Дискуссия.

Вопрос (Д.М. Климов). Каков уровень остаточных микроускорений?

Какие частоты в них преобладают?

Ответ. Диапазон частот и амплитуд очень широк, но не все они влияют на результаты экспериментов. Вслед за мной будет выступать проф. В.С. Земсков, который подробнее расскажет, какие из них существенно влияют на качество кристаллов, выращиваемых в условиях микрогравитации.

Вопрос (Д.М. Климов). Но, все же, нельзя ли конкретизировать амплитуды и частоты микроускорений.

Ответ. Они существенно зависят от космического аппарата и условий его полета. Например, на аппаратах «Фотон» наиболее значимы частоты несколько единиц на 10-3 Гц и амплитуды 10-5, 10-6 g/go. Надо сказать, что эти частоты чувствует кристалл, и сейчас выступит В.С.Земсков, который об этом расскажет.

- 12 Комментарий (В.И. Полежаев). Следует обратить внимание на то, что информация о микроускорениях нужна не только для роста кристаллов (хотя здесь к ней предъявляются самые высокие требования). Она нужна также биологам, у которых в работе находится много гравитационно чувствительных систем, имеющих рецепторы, реагирующие на микрогравитационную среду. Такая информация нужна и для проектантов космических аппаратов. Этими вопросами занимаются разные секции КНТС. Со стороны специалистов предъявляются разнообразные, зачастую противоречивые требования к уровню микроускорений на космических аппаратах. Если для роста кристаллов и исследования физических свойств материалов в невесомости нужен преимущественно диффузионный режим, т.е. невесомость, то для технических систем, например, баков длительного хранения низкотемпературных компонентов топлива, наоборот, требуется перемешивание. Здесь интенсивные микроускорения даже полезны, можно даже управлять перемешиванием в баках, подавая команду на останов или закрутку вращения топливного бака (точнее, космического аппарата) в полете. Однако при управлении космическим аппаратом решается своя задача, как правило, не имеющая ничего общего с вышеупомянутыми требованиями. Чтобы все это совместить, представляется очень важным иметь тесные контакты с ЦУП, и я хотел бы отметить, что такие связи были установлены в рамках этого семинара и подсекции 9.3.





К сожалению, у нас в России вопрос с измерениями микроускорений продвинут значительно меньше, чем в Западных странах. Мы не можем уговорить коллег из РКК «Энергия» и других организаций поставить на борт наши отечественные системы, но мы получаем достаточно большую информацию от наших зарубежных коллег и в какой то степени компенсируем это более интенсивной работой над расчетами микроускорений и анализом измерительной информации. Наши коллеги работают интенсивно, и это направление в рамках подсекции и семинара является наиболее важным. Далее в докладах будет показано, как мы используем эту информацию, и какие идеи еще имеются по мониторингу микрогравитационной среды с помощью приборов, измеряющих физические процессы, например конвекцию.

- 13 3) 26. XI. 2007 г. В.С. Земсков, М.Р. Раухман (Институт металлургии и материаловедения им. А.А.Байкова РАН), В.П. Шалимов (ЦНИИМаш) «Закономерности в процессах сегрегации при выращивании кристаллов в условиях микрогравитации и их возможное использование для совершенствования земных технологий»

Рассмотрены результаты экспериментов по выращиванию монокристаллов антимонида индия, легированного теллуром (InSb:Te), методом бестигельной зонной плавки (БЗП) на КА «Фотон–3» и методом Бриджмена без касания стенки ампулы на КА «Фотон–М» № 2. Целью экспериментов было исследование возможности получения однородных на микроуровне монокристаллов. Показано, что методы БЗП и Бриджмена позволяют выращивать монокристаллические слитки InSb:Te. Однако образцы имеют сложную структуру слоистой примесной микронеоднородности, а также примесные макронеоднородности как по длине кристаллов, так и по диаметру. Выполнено сопоставление частот периодичностей в характере слоистого распределения легирующей примеси по длине монокристаллов с частотами изменения квазипостоянных микроускорений, действовавших на расплав в полёте КА типа «Фотон» [1-8]. Установлено практически полное совпадение этих частот. Выращиваемые монокристаллы «записывают» в виде сложной картины слоистых неоднородностей воздействия внешних сил на расплав.

Выполнен анализ квазипостоянных микроускорений гравитационной и инерционной природы, действовавших на расплав при выращивании монокристаллов. Эти ускорения изменяют свою величину и/или направление с частотой не более чем 10-3 Гц, величина их составляет от 10-5 до 10-7 долей от величины земной силы тяжести. Вектор этих микроускорений, который является переменным и по величине и по направлению, не совпадает с направлением кристаллизации расплавов при выращивании монокристаллов. Несовпадение суммарного вектора с направлением кристаллизации следует рассматривать в качестве одной из важнейших причин, обусловившей появление в исследованных монокристаллах слоистой примесной микронеоднородности, а также асимметричной макронеоднородности кристаллов по диаметру.

Эти результаты не являются неожиданными. Макронеоднородности такого типа были обнаружены уже в первых экспериментах по выращиванию кристаллов в условиях полёта космических аппаратов, - 14 например, в экспериментах по программе «Союз» - «Аполлон» [9]. В результате гидродинамических исследований [10] установлено существование ранее неизвестного гидродинамического эффекта, проявляющегося в образовании концентрационной неоднородности (С) в объеме расплава. Это означает, что в расплаве в зависимости от интенсивности течения в потоке, омывающем фронт кристаллизации, существуют градиенты концентраций не только вдоль, но и поперёк направления роста кристалла. Этот эффект концентрационной неоднородности в расплаве является гидродинамическим аналогом хорошо известного явления температурной неоднородности в расплаве, проявляющегося в том, что в потоках существуют температурные неоднородности (T) и, соответственно, градиенты температуры не только вдоль, но и поперёк направления роста кристалла. На рис. 1 представлена схема, отражающая соотношение эффектов концентрационной и температурной неоднородностей в расплаве полупроводников в зависимости от интенсивности конвекции, характеризуемой числом Рэлея Ra. Эта схема составлена по результатам, приведенным в [10]. В этих работах расчёты выполнялись для двумерной задачи прямоугольной области расплава (модель метода Бриджмена) с градиентами концентрации и температуры вдоль направления роста кристалла в предположении только гравитационной конвекции. На рисунке, обозначения (C) и () это усреднённые поперечные к направлению роста кристалла разности безразмерных значений концентрации и температуры в потоке. Из рисунка видно, что зависимости C и от Ra имеют максимумы в разных диапазонах чисел Ra. Концентрационное расслоение проявляется при сравнительно слабых ламинарных течениях (Ra ~ 10-2-104), а температурное расслоение - при течениях, характеризующихся величинами Ra ~ 102-106 и выше. Обращает на себя внимание интервал значений Ra ~ 102-104. В этом интервале эффекты проявляются одновременно. Отметим также, что указанный интервал интенсивностей конвективных течений характерен для процессов выращивания монокристаллов в производственных условиях на Земле.

- 15 Рис. 1. Схема, отражающая соотношение концентрационной С (1) и температурной (2) неоднородностей в расплаве Другим важным результатом космических экспериментов является обнаружение высокой чувствительности симметрии конвективных течений расплава относительно продольной оси выращиваемого монокристалла к чрезвычайно малой по величине ортогональной к этой оси составляющей вектора остаточных микроускорений. Нарушение симметрии конвективных потоков влечёт за собой асимметрию относительно продольной оси монокристалла не только температурного поля в расплаве, но и концентрационного поля. В результате при выращивании в космическом полете монокристалл «записывает» в виде примесных полос роста все изменения величины и направления вектора остаточных микроускорений из-за асимметричности температурных и примесных полей. Тот же эффект должен наблюдаться и в наземных условиях при вращении выращиваемого кристалла.

Установленные новые фундаментальные закономерности процесса тепломассопереноса при направленной кристаллизации, как нам представляется, следует учитывать при разработке установок для выращивания монокристаллов и их эксплуатации в земных условиях с целью уменьшения полосчатой микронеоднородности в монокристаллах.

Совершенство конструкции установок для выращивания монокристаллов, качество и точность изготовления, как отдельных узлов, так и установок в целом во многом определяют качество получаемых на них монокристаллов. Сказанное относится и к установкам для выращива ния методом Чохральского. В современных конструкциях промышленных установок аккумулирован огромный объём научных и практических знаний о росте и условиях выращивания монокристаллов, накопленный как в научных лабораториях, так и в производственных условиях. Однако - 16 до настоящего времени при разработке установок и условий выращивания монокристаллов внимание главным образом обращается на оптимизацию температурных, тепловых условий процесса выращивания без учёта последствий проявления концентрационного расслоения.

Известно, что причиной возникновения слоистой неоднородности является неустановившееся состояние процесса роста монокристалла, когда температура и/или состав расплава у фронта кристаллизации непрерывно изменяются. Это происходит из-за того, что гидродинамические потоки и тепломассоперенос в расплаве непостоянны.

Это непостоянство возникает как из-за сложного взаимодействия гравитационной, капиллярной и принудительной видов конвекции, так и из-за аппаратурных несовершенств установок.

К настоящему времени выявлены, казалось бы, практически все причинно-следственные связи между аппаратурными несовершенствами установок и слоистой неоднородностью, которая обусловлена этими несовершенствами. Аппаратурные причины стараются свести к минимуму при создании установок. Непостоянство гидродинамических потоков частично поддаётся регулированию, например, с помощью воздействия на расплав постоянным коаксиальным магнитным полем. Однако, несмотря на значительный прогресс в технике выращивания монокристаллов, проблема однородности монокристаллов всё ещё существует. По видимому, не все объективно существующие закономерности тепломассопереноса при направленной кристаллизации расплавов учитываются при создании аппаратуры для выращивания моно кристаллов. Этот вопрос уже рассматривался, например, в работе [11].

Чтобы исключить или значительно уменьшить микронеоднородность, обусловленную вращением монокристалла, при создании установок для выращивания по Чохральскому и при их эксплуатации необходимо выполнять требования не только по соосности узлов установки, но и по допустимым пределам отклонения общей продольной оси установки и выращиваемого монокристалла от местной вертикали. Это требует соответствующих гидродинамических расчетов, экспериментальных исследований и конструкторских разработок, что в конечном итоге позволит повысить качество выращиваемых кристаллов и даст экономическую выгоду. Задел для таких работ имеется. Необходима поддержка этого направления работ как на государственном уровне, так и инвестициями со стороны заинтересованных организаций и предприятий.

- 17 Литература 1. Земсков В.С., Раухман М.Р., Шалимов В.П. и др. Влияние расположения ростовых установок на борту КА на микрогравитационные условия проведения экспериментов (на примере БЗП InSb:Te на ИСЗ «Фотон-3») // Космические исследования. 2004. Т. 42. № 2. С. 144-154.

2. Богуславский А.А., Сазонов В.В., Соколов С.М., Земсков В.С., Раухман М.Р., Шалимов В.П. О влиянии микроускорений на распределение примеси в кристаллах InSb:Te, выращенных в орбитальном полете методом бестигельной зонной плавки // Космические исследования, 2004. Т.42. №2. С. 155-161.

3. Barmin I.V., Egorov A.V., Raukhman M.R., Sazonov V.V., Senchenkov A.S., Shalimov V.P., Zemskov V.S. Effects of variable microaccelerations in distribution of impurity inhomogeneities in the InSb:Te single crystals grown by crucibleless floating zone melting on the “Foton” satellite // 55th International Astronautical Congress. Vancouver, Canada, October 4-8, 2004. Paper IAC-04 IAF-J.3.03. CD publication, Final Papers, ZARM, 2004.

4. Земсков В.С., Раухман М.Р., Шалимов В.П., Нихезина И.Ю., Сенченков А.С., Слепцова И.В., Царицына О.И., Волошин А.Е., Сазонов В.В., Подурец К.М., Погорелый Д.К. Структура и распределение примеси в кристаллах InSb:Te, выращенных методом Бриджмена по программе полета ИСЗ «Фотон-М» №2 // Доклад на XII Национальной конференции по росту кристаллов НКРК-2006, Москва, ИКРАН, 23-27 октября 2006 г.

Тезисы докладов. ИКРАН, 2006. С. 188.

5. Senchenkov A.S., Barmin I.V., Egorov A.V., Slepstova I.V., Zemskov V.S., Raukhman M.R., Shalimov V.P., Nikhezina I.J., Voloshin A.E.

Experiment on indium antimonide crystal growth by detached Bridgman on board the Foton-M2 spacecraft (preliminary results) // 57th International Aeronautical Congress, Valencia, Spain, 02-06 October, 2006. Paper IAC-06 A2.3.04. DVD publication, Final Papers, ZARM, 2006.

6. Земсков В.С., Раухман М.Р., Шалимов В.П., Егоров А.В., Сенченков А.С., Сазонов В.В. Экспериментальные исследования влияния остаточных микроускорений на неоднородности состава монокристаллов полупроводников, выращиваемых направленной кристаллизацией расплавов на борту космических аппаратов // Доклад на научно технической конференции ЦНИИМаш, 28 февраля 2007 г. Космонавтика и ракетостроение, 2007, № 4 (49), с. 18-25.

- 18 7. Земсков В.С., Раухман М.Р., Шалимов В.П., Нихезина И.Ю., Бармин И.В., Егоров А.В., Сенченков А.С., Волошин А.Е., Сазонов В.В.

Итоги экспериментов по программе полета КА «Фотон-М» №2 по выращиванию кристаллов InSb:Te бесконтактным методом Бриджмена // Доклад на Российском симпозиуме «Космическое материаловедение 2007», Калуга, 10-13 сентября 2007 г. Тезисы докладов (имеется также CD версия), НИЦ КМ ИКРАН, Калуга, 2007. С. 20.

8. Земсков В.С., Раухман М.Р., Шалимов В.П., Бармин И.В., Егоров А.В., Сенченков А.С., Сазонов В.В. Остаточные микроускорения на КА типа «Фотон» и неоднородности распределения примеси в монокристаллах InSb:Te, выращенных направленной кристаллизацией расплавов // Доклад на Российском симпозиуме «Космическое материаловедение-2007», Калуга, 10-13 сентября 2007 г. Тезисы докладов (имеется также CD версия), НИЦ КМ ИКРАН, Калуга, 2007. С. 33.

9. Плавление, кристаллизация и фазообразование в невесомости.

Авторы: Иванов Л.И., Земсков В.С. Кубасов В.Н., Пименов В.И., Белокурова И.Н., Гуров К.Н., Демина Е.В., Титков А.Н., Шульпина И.Л.

М.: Наука, 1979. 256 с.

10. Полежаев В.И. и др. Конвективные процессы в невесомости. М.:

Наука, 1991. 240 с.

11. Земсков В.С., Раухман М.Р., Шалимов В.П., Гончаров В.А.

Проблемы неоднородностей в кристаллах, выращенных в различных гравитационных условиях // Поверхность. Рентгеновские, синхротронные и нейтронные исследования. 2004. № 6. С. 13-19.

Дискуссия.

Вопрос (Д.М. Климов). Какие все же должны быть условия для выращивания качественных, удовлетворяющих всем требованиям кристаллов?

Ответ. Эти условия достаточно жесткие, то есть необходимо обеспечить отсутствие возмущений, то есть диффузионный режим роста кристаллов, вместе с тем эти кристаллы нами используются как эталонные, потому что для промышленности они слишком дороги.

Комментарий (В.И. Полежаев). То, что сказал Виктор Сергеевич, можно дополнить еще экспериментами по выращиванию арсенида галлия, которые проводил космонавт А.А. Серебров. Было показано, что условия невесомости на станции «Мир» достаточны для устранения колебаний, вызывающих полосчатую неоднородность арсенида галлия.

- 19 С тех пор прошло более 15 лет, и за это время в ИПМех проведена большая работа по развитию трехмерных математических моделей метода Чохральского. Наши расчеты по модели метода Чохральского, опирающиеся на данные наземных экспериментов В.Г. Косушкина по выращиванию арсенида галлия также показывают, что при выращивании монокристаллов диаметром до 100 мм, условий пониженной гравитации g/g0 = 10–2 достаточно. Но у В. С. Земского в экспериментах другое – примесная неоднородность по диаметру кристалла, и ее устранить в невесомости оказалось значительно труднее. Это следует иметь в виду. По видимому, не все понимают, что при постановке экспериментов по росту кристаллов в невесомости, необходимо отчетливо представлять те характеристики, которые мы хотим улучшить, знать гравитационную чувствительность этих характеристик. Только тогда можно ответить на вопрос: какие условия необходимы для улучшения характеристик монокристаллов в космическом полете по сравнению с земными условиями.

Таким образом, сейчас уже имеется математический аппарат для интерпретации и анализа экспериментов и опыт такого анализа экспериментов, выполненного за несколько десятков лет разными коллективами у нас и за рубежом. Такую работу можно поставить значительно лучше, чем было раньше, в особенности при прогнозировании результатов планируемых экспериментов. В действительности Виктор Сергеевич открыл одну из важнейших закономерностей высокой гравитационной чувствительности примесной неоднородности отдельных видов полупроводниковых кристаллов, а именно германия с примесью кремния и сурьмы, антимонида индия и др. Однако, номенклатура кристаллов чрезвычайно разнообразна, имеются тройные соединения, разнообразные технологические приемы на Земле, которые позволяют получать материалы, но потребности в усовершенствовании технологии все же имеются, поэтому такие страны, как, например, Япония, которые имеют развитую технологическую базу для получения материалов электронной техники, продолжают попытки постановки технологических экспериментов в условиях космического полета, направленные на улучшение земных технологий. Принципиальные возможности здесь имеются, и они лежат в области контролируемости условий космического полета, в тщательной аппаратурной базе, земной и космической технологии, применении методов адекватных математических моделей.

- 20 Все это требует достаточно большого времени. Поэтому в ряде случаев эмпирический путь, связанный с постановкой новых экспериментов по выращиванию сложных соединений, может быть эффективен, если учесть сроки и конкурентную борьбу тех компаний, которые занимаются получением коммерчески выгодных материалов.

4) 26. XI. 2007 г. В.E. Фортов, О.Ф. Петров (Объединенный институт высоких температур РАН, г. Москва) «Плазменные кристаллы и жидкости на Земле и в Космосе:

результаты исследований»

Пылевая плазма представляет собой частично ионизованный газ, который содержит отрицательно или положительно заряженные частицы микронных размеров. Такие частицы приобретают в плазме значительный отрицательный заряд (~103-105e) и могут формировать квазистационарные плазменно-пылевые структуры, подобные жидкости или твердому телу. На пылевую плазму оказывает влияние сила тяжести, которая, в зависимости от размеров твердых частиц, может доминировать. Такое условие выполняется для частиц с размерами, превышающими 1 мкм. В условиях микрогравитации начинают играть роль более слабые силы, и могут наблюдаться новые эффекты, недостижимые на Земле.

В данной работе представлены результаты исследований транспортных процессов, таких как диффузия макрочастиц и образование пылевых вихрей в сильнонеидеальной плазме тлеющего разряда постоянного тока и в.ч. разряда. Измерены парные корреляционные функции, спектры скоростей и коэффициенты диффузии макрочастиц. На основе экспериментальных результатов были определены концентрация и кинетическая температура частиц в областях пылевых структур, в которых отсутствует регулярное движение пылевых частиц.

Представлены результаты экспериментальных исследований диффузии пылевых частиц при их фотоэмиссионной зарядке в условиях микрогравитации. Эти данные получены при исследованиях пылевой плазмы, индуцированной солнечным излучением. Показано, что под действием интенсивного солнечного излучения частицы микронных размеров могут приобретать значительный положительный заряд. Были выполнены комплексные измерения распределений скоростей, температур, коэффициента трения и коэффициента диффузии макрочастиц в пылевой - 21 плазме. Изучаемая пылевая система представляла собой слабокоррелированную жидкостную структуру при Г~40. В экспериментах в условиях микрогравитации также исследовалось образование упорядоченных структур в пылевой плазме тлеющего разряда постоянного тока. Полученные парные корреляционные функции, с первым максимумом при 700 мкм, показали существование ближнего порядка.

В экспериментах с пылевой плазмой высокочастотного разряда обнаружено формирование трехмерных упорядоченных структур сильнозаряженных частиц микронного размера с большим параметром неидеальности с гранецентрированной и объемно-центрированной решет ками, обнаружены нелинейные волны плотности пылевой компоненты, обнаружено существование областей с конвективным движением заряжен ных макрочастиц в плазменной жидкости («плазменно-пылевые вихри»).

Представлены результаты использования метода интегральных урав нений в теории жидкости для нахождения из экспериментально изме ренных парных корреляционных функций заряда, радиуса экранировки и потенциала взаимодействия пылевых частиц в слабокоррелированной структуре.

Утреннее заседание 26.11. 2007 г. Выступает О.Ф. Петров - 22 Дискуссия.

Вопрос. В предшествующих экспериментах выяснено, что граничные условия в невесомости влияют очень сильно, и их нужно контролировать.

Насколько велико это влияние в ваших случаях при выращивании плазменных кристаллов и как обеспечиваются эти граничные условия?

Ответ. В наших экспериментах роль этих граничных условий играют электромагнитные поля. В действительности мы обеспечиваем условия кристаллизации пылевой плазмы в некоторой центральной области электроразрядной камеры с помощью полей.

Вопрос. Теперь следующий вопрос об условиях микрогравитации, требуемых в ваших экспериментах.

Насколько было видно из доклада, микроускорения 10-3 - 10-4 g/g0, вам, по-видимому, достаточны на этом этапе работ. Вопрос состоит в том, не получали ли вы каких либо побочных эффектов, когда проводили эксперименты в таких условиях?

Ответ. Да, если микроускорение более чем 10-2, то мы наблюдаем побочные эффекты.

Вопрос. С чем это связано?

Ответ. Если микроускорение больше, чем 10-2, то система ведет себя довольно странно, не упорядоченно. Это интересные вопросы и требования к поддержанию микроускорений хотелось бы более точно знать в количественной форме.

Д.М. Климов. Теперь мы должны обсудить эксперимент «Дакон», и мне кажется, нужно начать с доклада по математическому моделированию, чтобы были более ясны цели и задачи такого эксперимента. Важно поставить задачу.

5) 26. XI. 2007 г. С.А. Никитин, В.И. Полежаев (ИПМех РАН) «Математическое моделирование конвекции и теплопереноса в датчике "Дакон-М"»

Датчик конвекции представляет собой прибор, который регистрирует изменения поля температуры в замкнутом объеме при изменении интенсивности тепловой конвекции, вызванной нестационарным, неоднородным полем микроускорений на борту КА.

Впервые идея датчика конвекции была предложена в монографии [1] (cм. [1], c. 135-141), где приведены результаты математического модели - 23 рования конвективного теплообмена в модели датчика при различных ориентациях на станции "Салют". Данные о поле микроускорений на станции "Салют" в упрощенном виде были взяты из работы [2], где пред ложена методика расчета микроускорений в любой точке КА с помощью определения угловых скоростей КА по показаниям датчиков, измеряющих напряженность магнитного поля Земли и вектор положения Солнца.

Реализация идеи такого датчика успешно решена в сотрудничестве РКК "Энергия" и Пермского государственного университета в виде датчика конвекции "ДАКОН" (ДАтчик КОНвекции) для экспериментов на станции "Мир" [3, 4]. С помощью этого прибора на станции "Мир" проведена серия экспериментов при различных воздействиях на датчик, в том числе в составе других космических экспериментов [5]. Однако, из-за малых размеров и использования воздуха в качестве рабочего вещества, его чувствительности оказалось недостаточно для регистрации слабого квазистационарного поля микроускорений на станции "Мир" [6, 7].

Позже [8], в рамках японско-американского проекта JUSTSAP был реализован и успешно отработал на корабле "Space Shuttle" STS- аналогичный прибор, в котором в качестве рабочего вещества использовалась вода. Прибор хорошо измерял квазистационарное поле микроускорений корабля и внешние возмущения, но обладал очень большим временем отклика на воздействие.

К настоящему времени проведены наземные испытания [9] и создан полетный экземпляр нового российского датчика конвекции "Дакон-М" [10]. Вдвое увеличены размеры датчика, в качестве рабочего вещества использовался углекислый газ при повышенном давлении. Оценки показали, что это позволило поднять его чувствительность в 100 раз по сравнению с датчиком "Дакон".

Доклад посвящен математическому моделированию наземной отра ботки поведения полетного образца датчика "Дакон-М" при различных воздействиях, в том числе и в реальном поле микроускорений РС МКС на основе созданной 3-х мерной математической модели, численного метода и программ для исследования конвективного теплообмена в датчике.

Приведены результаты математического моделирования наземной модели датчика "Дакон-М" в горизонтальном и вертикальном положениях.

Численные результаты были сопоставлены с экспериментальными данными. Получено, что чувствительность датчика, измеренная в - 24 эксперименте, в 3 раза меньше чувствительности, рассчитанной по математической модели для больших чисел Рэлея.

На основе данных о параметрах 3-х модификаций датчика "Дакон" рассчитана чувствительность этих модификаций датчика. Показано, что благодаря увеличению размеров камеры, выбору рабочего вещества и повышению давления в камере, удалось увеличить чувствительность датчика "Дакон-М" по сравнению с датчиком "Дакон" более чем в 100 раз.

Численное исследование влияния термопары на течение в камере датчика показало, что интенсивность течения и чувствительность датчика уменьшались на 30% при наличии термопары. Таким образом, существенное расхождение в данных о чувствительности датчика, полученное в расчетах и в экспериментах, по-видимому, связано с утечками тепла по термопарам.

Проведено исследование отклика датчика "Дакон-М" на гармонические колебания различных частот в диапазоне 0 – 0.2 Гц с амплитудой 3 микро-g. На основе этих данных построена амплитудно частотная характеристика датчика "Дакон-М", которая показывает линейность отклика датчика при частотах менее 0.01 Гц.

Рассчитан отклик датчика "Дакон-М" на кратковременный интенсивный линейный имульс, моделирующий включение двигателя или стыковку с МКС.

Литература 1. Полежаев В.И., Белло М.С., Верезуб Н.А. и др. Конвективные процессы в невесомости. М.: Наука, 1991, 240 c.

2. Сарычев В.А., Беляев М.Ю., Сазонов В.В., Тян Т.Н. Определение микроускорений на орбитальных комплексах "Салют-6" и "Салют-7".

Препринт ИПМ АН СССР, № 100, М., 1984, 29 с.

3. Bogatyryov G.P., Putin G.F., Ermakov et al. A system for analysis and measurement of convection aboard space station: objectives, mathematical and ground-based modeling / AIAA 95-0890, 33rd Aerospace Sciences Meeting and Exhibit, Jan. 9-12, 1995, Reno, NV.

4. Путин Г.Ф., Глухов А.Ф. и др. Результаты летно-космических испы таний датчика конвекции "Дакон". Космич. исследования, 2001, т. 39, № 2.

5. Бабушкин И.А., Богатырев Г.П., Глухов А.Ф., Путин Г.Ф. и др.

Изучение конвекции и низкочастотной микрогравитации на орбитальном комплексе "Мир" при помощи датчика "Дакон". Космические исследования. 2001. т. 32. № 2, с. 161–169.

- 25 6. Бессонов О.А., Полежаев В.И. Математическое моделирование конвекции в датчике «Дакон» в условиях реального космического полета // Космические исследования. 2001, т. 32. № 2, с. 170–178.

7. Никитин С.А., Полежаев В.И., Сазонов В.В. Об измерении квазиста тической компоненты микроускорения на борту ИСЗ с помощью датчика конвекции // Космические исследования. 2001, т. 39. № 4, с. 419–435.

8. Naumann R.J., Haulenbeek G., Kawamura H., Matsunaga K. A New Concept for Measuring Quasi-steady Microgravity Accelerations. Proc. First Internat. Symp. on Microgravity. Research & Applications in Physical Sciences and Biotechnology. 10-15 Sept. 2000. Sorrento, Italy (ESA SP-454, January 2001), p. 835-843.

9. Глухов А.Ф., Порошин Д.В. Отчет по экспериментам с моделью датчика конвекции «Дакон-М» с целью отработки технологии и идеологии управления свойствами газовой среды в конвективной камере датчика при помощи изменения давления // ПГУ. Кафедра общей физики. Пермь. 2004.

9 с.

10. Программа космического эксперимента "Изгиб" с использованием научной аппаратуры "Дакон-М". Пермь, ПГУ, 2006, 24 с.

11. Бабкин Е.В., Беляев М.Ю., Ефимов Н.И. и др. Определение квазистатической компоненты микроускорения, возникающего на борту Международной космической станции. Космические исследования, т. 42, № 2. 2004, с. 162 – 171.

Никитин С.А. (из стенограммы выступления). Начало работ по измерению конвекции в космическом полете можно отнести к началу 70-х годов, когда американцами были проведены научно-демонстрационные эксперименты по конвекции во время полета корабля «Апполон» к Луне.

После этого выполнено много технологических экспериментов, имеющих целью получение полупроводниковых материалов с лучшими качествами, чем на Земле. Однако, как показано в докладе В.С. Земскова, здесь получено очень много побочных результатов, которые показали, что гравитационная чувствительность расплавов полупроводников с легирую щей примесью чрезвычайно велика, и одной из наиболее важных причин этого является конвекция, проявления которой в Космосе разнообразны и, по-видимому, более сложны, чем на Земле. Поэтому к концу 80-х годов созрела идея о проведении специальных экспериментов по измерению конвекции в условиях космического полета при строго контролируемых - 26 условиях микрогравитационной среды и, что особенно важно, тепловых граничных условиях. Первое упоминание об идее такого прибора содержится в книге группы авторов ИПМех РАН «Конвективные процессы в невесомости», изд. Наука, 1981 г., где проведены расчеты для кубического объема, подогреваемого с одной грани при теплоизолирован ных остальных. Использовались квазистатические микроускорения, полученные для станции «Салют 6» в работе В.В.Сазонова, М.Ю. Беляева и Тяна. В дальнейшем прибор собирались делать в ИПМех РАН, но эта группа распалась в связи с уходом А.П. Лебедева и Ф.В. Козырева, и разработка прибора была передана на кафедру общей физики ПГУ под руководством Г.Ф. Путина. В начале на Земле модель датчика кубической формы испытывалась при наличии вибраций и силы тяжести. Результаты таких испытаний и их анализ опубликованы в МЖГ № 5 1994 г., затем была изготовлена цилиндрическая модель диаметром 45 мм. Эта модель была испытана на Земле в условиях тепловой гравитационной конвекции, был проведен математический анализ конвекции в земных и космических условиях, и было получено довольно много экспериментальных данных по измерениям конвекции в условиях космического полета на станции «Мир», как в условиях естественного фона, так и при наличии вибраций, в том числе совместно с экспериментами на установке «Алис-2» с околокрити ческой средой, о чем еще будет говориться в дальнейших докладах. После того, как были выполнены работы с датчиком конвекции на станции «Мир», японцы и американцы провели похожий эксперимент на корабле «Спейс Шаттл», используя в качестве рабочей среды воду. Цели и задачи эксперимента были заимствованы, по-видимому, из наших работ, в особенности, что касается оценок микроускорений по данным измерений конвекции с помощью датчика, однако, в отличие от датчина «Дакон» с воздухом в качестве рабочей среды, датчик на воде отличался большой инерционностью, хотя его гравитационная чувствительность была значи тельно бльшей. Модификация датчика, которая предлагается на РС МКС («Дакон-М»), представляет собой цилиндр, диаметр которого равен высоте и более чем в 2 раза больше, т.е. 100 мм, а в качестве среды используется СО2 под давлением около 2.5 атм., перепад температуры между нагревателем и холодильником - 60 градусов, в центре цилиндра в двух диаметрально противоположных сечениях размещаются дифференциаль ные термопары, которые являются чувствительными элементами прибора.

Предполагается, что справедливо приближение Буссинеска, и конвекция - 27 внутри цилиндра удовлетворяет трехмерным уравнениям Навье-Стокса в приближении Буссинеска, записанным в неинерциальной системе координат, жестко связанной с бортом космической станции. Выражение для вектора микроускорений используется в форме, предложенной в упомянутой работе В.В. Сазонова с соавторами. К настоящему времени мы провели моделирование работы «Дакона-М» на МКС по данным о микроускорениях, полученных из телеметрической информации о движении станции. Также были проведены расчеты с такой моделью в земных условиях. Отличие этой модели датчика от предыдущей состоит в том, что боковые поверхности выполнены из хорошо проводящего материала, так что на этих поверхностях поддерживается линейный профиль температуры, а не условия теплоизоляции, как в предыдущей модели датчика. Рассчитанная чувствительность датчика в этих условиях оказалась в 3 раза больше, чем в эксперименте. Объяснить это пока трудно – либо это влияние утечек по термопарам, либо недостаточно точное измерение координат расположения термопар, либо еще какие-либо неконтролируемые причины. Тестовые расчеты проводились методом конечного объема, и тестовые примеры показали хорошее согласование с независимыми данными трех других программ (Н.В. Никитин – В.П.Яремчук, О.А. Бессонов, М.Н. Мякшина («Флюент»)). Одновременно были проведены сопоставления с данными эксперимента, выполненного с этой моделью датчика в земных условиях при подогреве снизу и сбоку. В экспериментах было получено критическое число Рэлея - 10700, а в расчетах - 11000, т.е. различие составляет менее 10 процентов. При подогреве сбоку имеется различие в измерениях температуры почти в раза. Следует отметить, что благодаря выполненным модификациям, чувствительность датчика была увеличена в 100 раз, поэтому микроускорение в 1 микро-g будет соответствовать перепаду температур 0,2 градуса, что вполне достаточно для регистрации. Для определения искажения температурного поля, вызываемого термопарой внутри экспериментального объема, были проведены расчеты, которые показали, что это влияние может составлять 30 процентов, что не может объяснить ту большую разницу, которая имеется в настоящее время. Исследована также амплитудно-частотная характеристика датчика. Получено, что инерционность этой модели датчика увеличилась. Эта инерционность намного меньше, чем та, которая была в американско-японском эксперименте (~ 1000 сек), запаздывание сигнала датчика на одиночные - 28 импульсы и затухание сигнала датчика составляет ~ 100 сек. Проведено математическое моделирование калибровки датчика "Дакон-М", предлагаемой к проведению в полете на МКС. Показано отсутствие фазового сдвига между внешним воздействием и откликом датчика, и подтвержден выход на режим стационарных колебаний за 2 минуты эксперимента. Однако такая калибровка не позволяет определить экспериментальную чувствительность датчика "Дакон-М" в области малых частот и амплитуд колебаний, характерных для полета на МКС.

Анализ типичного файла данных, описывающего реальные микроус корения на МКС [11], показал, что уровень квазистационарных микроуско рений на Служебном Модуле (СМ) РС МКС не превосходит 3 микро-g.

Математическое моделирование отклика датчика "Дакон-М", находя щегося в 2-х разных местах СМ РС МКС, показало, что в том и другом случае "Дакон-М" выдает сигнал от 0.2 оС до 0.3 оС в области квазистацио нарных микроускорений, что более чем достаточно для уверенной регистрации сигнала на борту МКС (даже если реальная чувствительность датчика и в области малых ускорений будет в 3 раза ниже теоретической).

6) 26. XI. 2007 г. И.А. Бабушкин, Ю.П. Герцен, И.В. Глазкин, А.Ф. Глухов, Е.А. Зильберман, Г.Ф. Путин, С.Е. Пушкин (Пермский гос. университет), А.В. Агеев, К.В. Вяткин, С.В. Заклюковский, А.Ю. Пинягин, Д.В. Порошин (НПП «Системы контроля», г. Пермь), А.И. Иванов, М.М. Максимова (РКК «Энергия», г. Королев), В.И. Полежаев, С.А. Никитин (ИПМех РАН, Москва), В.В. Сазонов (ИПМат РАН, Москва) «Эксперимент «Дакон-М» по влиянию микрогравитации на конвективные течения»

Изготовлена и испытана аппаратура «Дакон-М» для проведения экспериментов по конвекции неоднородно нагретых жидкостей и газов в условиях микрогравитации. В сравнении с аппаратурой «Дакон», эксперименты с которой выполнялись на станции «Мир» в 1998 – 2000 г.г., чувствительность датчика «Дакон-М» к квазистатическим микрогравитационным полям увеличена в 100 раз. Это достигнуто благодаря иной конструкции конвективной камеры и применению другой рабочей среды. Новая конструкция электронного блока управления - 29 экспериментом позволяет накапливать измерения на USB Flash без использования компьютера.

Приводятся результаты лабораторного и математического моделирования конвективных течений в камере датчика.

Прибор «Дакон-М»(*). Слева - электронно-цифровой блок, справа - термостат Глухов А.Ф. Изложено детальное описание прибора «Дакон-М», его основные характеристики, составные части и их характеристики, время релаксации температурных возмущений, проводится демонстрация прибора в рабочем состоянии путем изменения ориентации прибора в пространстве в процессе представления доклада, при этом на табло видны показания дифференциальных термопар с течением времени.

Существенной особенностью этого прибора является то, что для его испытаний и функционирования в реальных условиях полета не нужен персональный компьютер. Сохранение информации осуществляется в блоке самого прибора.

Дискуссия.

Вопрос. В прежней модификации прибора мы видели на табло процесс изменения температуры во времени. Теперь же мы видим лишь дискретные показания термопар.

(*) К моменту выпуска препринта прибор был доставлен на РС МКС и с ним начата работа.

- 30 Ответ. В принципе, изменения во времени можно продемонстрировать, выведя эту информацию на экран, что потребует некоторого времени.

Вопрос. Какова мощность, потребляемая прибором?

Ответ. Прибор потребляет около 20 Ватт.

Вопрос. И этого достаточно?

Прибор «Дакон-M», смонтированный на Российском сегменте Международной космической станции (октябрь 2008 г.) Вопрос. Какой длительности запись можно осуществить при помощи прибора?

Ответ. Ориентировочно около 70 часов, после чего нужно сбрасывать информацию на какой-либо другой носитель.

Вопрос. По поводу наземной отработки этой новой модификации прибора. В прежней модификации прибора основными были испытания его функционирования на Земле в состоянии «лежа на боку», что соответ ствует тепловой гравитационной конвекции при боковом подогреве. Были также измерения при подогреве снизу, которые в новой модификации - 31 были проведены более подробно и даже сопоставлены с данными числен ного моделирования, однако в самой первой версии прибора кубической формы использовались качания, что наиболее важно, поскольку это один из наиболее трудных режимов для измерений и моделирования.

Вопрос. Планируется ли это сделать для «Дакона-М»?

Ответ. В принципе, это нужно было бы сделать, однако у нас в лаборатории нет нужных платформ для реализации этой отработки.

Вопрос. Когда планируется постановка этой версии прибора на борт?

Ответ (представитель РКК «Энергии»). В 2008 г.

Вопрос. Александр Федорович, ведь вы можете чувствительность проверить для высокочастотных колебаний, частота пойдет без изменения, зато уменьшится амплитуда, и вы можете проверить чувствительность датчика в других условиях.

Комментарий (В.И. Полежаев). Эта работа ведется с 90-х годов, первый наземный вариант прибора разработан в 1994 г. Тогда же появились и первые публикации. Идея эксперимента опубликована в нашей книге 1991 года, реальные работы начались в 1992 г. Проблема контроля экспериментов в полете продолжает быть актуальной для многих фундаментальных исследований. Недавно в нашем Институте рассказывалось об американском эксперименте по проверке теории относительности (доклады академиков Д.М. Климова и Д.Ф. Журавлева).

Эти эксперименты готовились около 40 лет, но проведены совсем недавно.

Публикаций по итоговым результатам, анализу этих результатов и особенно по устранению побочных факторов пока не известно, и это не случайно. Хотя данный эксперимент более грубый, чем тот, относящийся скорее к метрологическому уровню фундаментальных исследований в условиях космического полета, однако здесь приходится решать те же задачи. У нас уже есть опыт измерений и понимание того, какие побочные эффекты могут быть в этих условиях. Некоторые из этой серии экспериментов (проверка принципа эквивалентности инертной и тяжелой массы, определение мировых констант теории тяготения и т.д.) готовятся на европейском и японском модулях МКС. В нашей программе измерений конвекции с помощью прибора «Дакон» в условиях космического полета решаются две задачи:

1) Мониторинг микрогравитационной среды. При этом осуществля ется проверка гравитационной чувствительности и отклика испытываемого прибора на действие микроускорений, основанного на изменении физичес - 32 ких процессов. К этой задаче относится также седиментация, связанная с изменением положения частичек в объеме (эксперимент «Виброкон»).

Деформация свободной поверхности также весьма чувствительна к микроускорениям и может быть взята за основу такого типа прибора.

2) Тесты. Рассчитывая и измеряя конвекцию, мы учитываем изменение микрогравитации, полученной и теоретически, и экспериментально. При этом мы должны быть уверенны, что вычислительная модель микроускорений адекватна экспериментальным данным. С другой стороны, мы должны быть уверенны в том, что измерения микроускорений достаточно точны. Все это входит в состав глобального теста, в котором проверяются отдельные звенья цепочки гравитационной чувствительности. В приборе «Дакон» важную роль играет контроль тепловых граничных условий, которые составляют одну из центральных задач экспериментов по космическому материаловедению.

Этот контроль на первом этапе был выполнен недостаточно. Роль тепловых граничных условий возрастает при слабой конвекции, которая имеет место в условиях космического полета. Таким образом, этот эксперимент является принципиальным в этом классе задач. Однако, уже сейчас видно, что такие приборы и эксперименты интересно реализовать и для других гравитационно-чувствительных процессов: для околокритической среды, для расплавов полупроводников, а в будущем, возможно, и плазмы.

7) 26. XI. 2007 г. Н.А. Анфимов, В.И. Лукьященко, В.В. Суворов, К.С. Елкин, М.М. Цимбалюк (ЦНИИМаш) «Планы Федеральной космической программы на период 2006-2015 гг.

в отношении развития космических средств для проведения российских микрогравитационных экспериментов и исследований»

В докладе излагаются перспективы расширения исследований в области физики гравитационно-чувствительных систем, космического материаловедения, биотехнологии и биологии на основе запланированного в ФКП-2015 создания новых космических комплексов КА «Фотон-М» №4, «Бион-М», обслуживаемого в ходе периодических стыковок с МКС автоматического КА «ОКА-Т», маломассогабаритного КА нового поколения «Возврат-МКА», создания и введения в эксплуатацию новых модулей российского сегмента Международной космической станции.

- 33 Дискуссия.

Вопрос. В каком состоянии находится разработка научного лабораторного модуля (НЛМ)?

Ответ. Проект еще не завершен, однако, по предварительной информации, это серьездный проект. Здесь намного больше рабочих мест, на которые можно ставить научную аппаратуру и конечно намного больше - 34 энергетики. Есть некоторые соображения по расположению аппаратуры на НЛМ, например, высокотемпературной печи, которую должен разрабатывать КБОМ. Не всех разработчиков такая печь устраивает, но выбирать не приходится. Ведется также работа по расширению возможностей экспериментальных работ, разработка виброзащитных платформ, поворотных виброзащитных платформ для управления ориентацией аппаратуры по отношению к вектору остаточных микроускорений. Очень важным является проект «Молекулярный экран».

Работы, которые ставятся на МКС, координируются научно-техническим советом, структура которого включает 8 секций вместе с недавно образованной секцией № 8 по образованию. 17 декабря будет заседание такого КНТС. Все направлено на то, чтобы активизировать исследования, ведущиеся на МКС и направить их в русло практических приложений. К сожалению, до сих пор здесь мало чем можно похвалиться, но мы постоянно думаем о практическом применении этих экспериментов на МКС, 28 февраля 2007 г. была проведена научно-практическая конференция, направленная на обзор результатов, которые были получены.

Журнал «Ракетная техника и космонавтика» будет содержать 25 статей.

Наиболее привлекательными из выполненных работ были биомедицинские, биотехнологические эксперименты, а также фундаментальные исследования по программе «Плазменный кристалл». Из разрабатываемой в настоящее время космической техники, направленной на исследования в условиях микрогравитации, следует отметить, прежде всего, космический аппарат «ОКА-Т», который выводится автономно и причаливает к МКС, затем совершает полеты на МКС с экипажем и без него, возвращаясь на МКС периодически. Предполагается первый запуск в 2010 г., второй - в 2014 году.

Вопрос. Каким образом осуществляется взаимодействие «ОКА-Т» и МКС во время причаливания?

Ответ. Космонавты могут выходить в «ОКА-Т» из МКС, забирать научные результаты, обслуживать аппаратуру, готовить очередные эксперименты, однако дальнейший полет и функционирование до очередного причаливания осуществляется в автоматическом режиме.

Вопрос. Таким образом, он выполняет те функции, которые мы пытаемся реализовать в настоящее время на КА «Прогресс»?

Ответ. Да, но у «Прогресса» основная функция – это транспортная – т.е. доставка грузов на МКС, а не научная, лишь побочная, в то время, как - 35 у «ОКА-Т» – эта функция основная.

Вопрос. Известно, что планируется запуск европейского космического модуля, а затем – японского космического модуля. Оба этих модуля в хорошей стадии подготовки, поскольку уже в 1998 г. в Японии (космический центр, Цукуба), был готов макет космического модуля на МКС. Наши модули только планируются в 2009-2011 годах, поэтому очевидно существенное отставание. У нас разрабатывается космическая техника, которая, однако, не обеспечивается необходимой аппаратурой для микрогравитационных исследований.

Ответ. Одна из основных нерешенных проблем – разработка научной аппаратуры, мы здесь пытаемся вести совместные исследования с разными странами, например, с Украиной. Можно сказать, что в недавнее время решен вопрос о поставке украинской научной аппаратуры для процесса выращивания прозрачных кристаллов из низкотемпературных растворов – эксперимент О.П. Федорова.

Вопрос. Каковы планы использования КА «Фотон» для проведения микрогравитационных экспериментов, например, «Фотон 4». Есть ли он в программе?

Ответ. Да есть.

Вопрос. А спутники типа «Бион», они в программе отсутствуют?

Ответ. Да, но, тем не менее, они планируются.

Вопрос. Занимается ли КНТС программой пилотируемых полетов?

Ответ. Да, но в программе есть и автоматические, беспилотные аппараты.

Вопрос. Известно, что на последнем микрогравитационном симпозиуме НАСА объявило о прекращении финансирования проектов на МКС. Получается, что остается всего 8 лет на проведение экспериментов, учитывая, что некоторые образцы аппаратуры появятся только к 2011 2012 годам. Им остается работать на МКС 3-4 года, что мало реально.

Ответ. Вопрос понятен, нам приходится встречаться с рядом документов НАСА по этому поводу. Ситуация противоречивая, т.к. с одной стороны, имеется тенденция к увеличению срока функционирования МКС, что ее ресурсы позволяют. С другой стороны, научно-техническая политика Буша сводится к сворачиванию работ на МКС до 2015 г.

Конечно, это будет определяться будущей администрацией США, и нам стоит подождать. Но с другой стороны, сомнения в США и других странах понятны – пока нет результатов, окупающих столь дорогостоящие - 36 эксперименты. Поэтому вопрос о внедрении результатов стоит очень остро.

Комментарий (В.И. Полежаев). В докладе М.М. Цымбалюка представлена широкая картина разработок российской космической техники в части использования ее для полезной нагрузки в условиях микрогравитации. Но бросается в глаза довольно большой разрыв, имеющийся между возможностями этой техники (которая, надо признать, используется зарубежными партнерами больше, чем нами), и сохранившимися российскими научными школами, которые могли бы это эффективно использовать. Вопрос о внедрении результатов космических экспериментов действительно очень важен, но и весьма сложен, так как нужно принять во внимание еще и потребности промышленности той или иной страны в использовании таких результатов. Такой вопрос ставился и рассматривался, например, на Международной стратегической планирующей группе в Японии. Там он находился в центре внимания, но представителя Роскосмоса там не было. Почему? Значит, в Роскосмосе не понимают, как нужно в принципе вести такую работу, и кто ее должен вести. На этой конференции в Японии в октябре 2007 г. были представители России В.М. Емельянов и В.Ф.Петров, они выступали с ключевыми докладами и привезли довольно много материалов.

Председатель. Для следующего доклада слово предоставляется В.Л.Левтову – доклад по разработке научной аппаратуры, в котором он, мы надеемся, осветит вопросы, которые остались неясными после предыдушего доклада.

8) 26. XI. 2007 г. В.Л. Левтов (ЦНИИМаш) «Современное состояние, проблемы и перспективы разработки научной аппаратуры для исследования физики жидкости и гравитационно-чувствительных систем»

Лидирующие позиции в области исследований по космическому материаловедению и гидромеханике, которые СССР занимал до конца 80-х годов прошлого столетия, в значительной степени были обусловлены широким фронтом экспериментальных работ на борту космических аппаратов различного типа: ракеты-зонды «ВЗАФ-С», автоматические КА «Фотон», орбитальные пилотируемые станции «Салют», «Мир».

- 37 К созданию бортовой научной аппаратуры для реализации космических экспериментов правительственными решениями привлека лись ведущие отраслевые КБ и НИИ (КБОМ, ТашКБмаш, ЦНИИМАШ, НПО «Композит», НПО «Научный центр», НПО «Ротор» и др.).

В период 1975-1990 г.г. был создан целый ряд научных приборов и исследовательских технологических установок: высокотемпературные печи «Сплав», «Зона», «Кристалл», «Магма», «Галлар», «Корунд», серия приборов типа «Пион» для исследований в области физики жидкости и др.

По своим техническим характеристикам отечественная аппаратура, как правило, превосходила зарубежные аналоги.

С начала 90-х г.г. ситуация резко изменилась в худшую сторону и фактически до самого последнего времени проведение космических экспериментов в рамках национальной программы и разработка бортовой научной и технологической аппаратуры оказались заморожены. За последние 15 лет разработано и введено в эксплуатацию лишь 3-4 борто вых прибора, а проведение экспериментов носило эпизодический характер.

В настоящее время наметилась некоторая тенденция к улучшению ситуации. На ноябрь 2007 г. в различных стадиях разработки находится ~ 6-8 видов научной аппаратуры (одна высокотемпературная технологическая установка и несколько приборов по исследованию вопросов физики жидкости) со сроком завершения работ в 2009-2010 г.г.

В докладе приведены основные технические характеристики разрабатываемой научной аппаратуры. Проанализированы технические и организационные проблемы ее создания. По мнению автора на современном этапе вопросы финансирования уже не являются главной проблемой на пути развития отечественных экспериментальных исследований в области космического материаловедения и гравитационно чувствительных систем.

Из стенограммы доклада.

В.Л. Левтов остановился на вопросе: что мы имели и что потеряли, сравнивая состояние разработки научной аппаратуры для исследований условий микрогравитации в настоящее время и то, которое мы имели в середине 70-х годов, когда у нас была мощная программа экспериментальных исследований на Космической орбитальной станции.

Случившаяся затем в конце 70-х годов перестройка существенно подорвала наши возможности, затем наступила очень трудная пора, в - 38 течение которой исследования проводились в основном зарубежными партнерами на станции «Мир» или нами совместно с ними на их оборудовании, затем была пора сборки орбитальной станции МКС, и лишь в последние 3 года ситуация начала улучшаться. Затем В.Л. Левтов показал программу принятых к выполнению на МКС экспериментов.

Вопрос. Почему «Дакона» нет в этой программе?

Ответ. Потому, что этот эксперимент представлен по технической секции, а данная программа представлена по секции № 1 и подсекции 9.3.

Одним из перспективных проектов является проект О.П. Федорова (Украинское космическое агентство) по исследованию кристаллизации на прозрачных расплавах. Здесь подготовлено оборудование, система визуализации, у нас имеется опыт совместных работ еще в советское время, и к данному моменту переговоры о проведении этой работы ведутся на межправительственном уровне.

Один из проектов посвящен поворотной платформе для проведения работ с изменением ориентации установки по отношению к оси станции, о чем уже много раз говорилось на этих семинарах. Такая платформа находится в стадии разработки, она является новой и пока еще отсутствует в каких бы то ни было агентствах. Следует отметить также работы, планируемые на КА «Прогресс». Здесь планируется две группы работ.

Вопрос. А проект проходил через нашу подсекцию? Кто-нибудь его слушал? Кто его ведет?

Ответ. Аппаратура эта ЦНИИМАШ, и головной организацией является ЦНИИМАШ.

Вопрос. А что вы собираетесь получить?

Ответ. Там запланированы эксперименты из Перми, предложенные еще в свое время В.А. Брискманом, и кюветы готовятся также в Перми по использованию концентрационно-капиллярных эффектов.

Во второй работе по виброконвекции предполагается исследование воздействия искусственных вибраций на термокапиллярные течения с целью их подавления. Математическое моделирование здесь проводилось в ИПМех РАН В.П. Яремчуком (проект «Виброкон»). Заметим, что на прежних заседаниях этого семинара еще в конце 90-х годов обсуждалась очень большая программа исследований на установке ЦНИИМАШ «Ингол», был подготовлен большой проект и подан в Совет по космосу Российской академии наук. Однако из этой большой программы только - 39 два проекта сохранили свои позиции, как в плане исполнителей, так и в плане аппаратуры.

Вопрос. Как планируется поддержание температуры кристаллизации в условиях невесомости в одном из проектов, о которых вы рассказывали?

Дело в том, что при проведении экспериментов, например по плавлению льда, который мы проводили, оказывалась, что температура не соответствует температуре плавления 0 оС - в действительности она изменяется в зависимости от условий.

Ответ. Да, требуются специальные условия для поддержания теплового режима, т.е. прецизионное термостатирование. Там необходимо использование специальных условий для создания «температуры черного тела», т.е. поглощающей излучение. Все это предусмотрено в проекте.

9) 26. XI. 2007 г. М.Ю. Беляев, А.И. Иванов, А.В. Марков (РКК «Энергия») «Состояние и перспективы реализации научных исследований на РС МКС в условиях микрогравитации»

Приводятся данные по ресурсам РС МКС, выделяемым для проведения научных исследований и экспериментов. Анализируются условия микрогравитации на борту и связанные с ними гравитационно чувствительные физические и физико-химические процессы и явления.

Описываются отдельные технологические процессы и бортовое оборудование, используемые в экспериментах по физике жидкости и космическому материаловедению. Даются основные результаты экспери ментов, выполненных в условиях микрогравитации на орбитальных станциях «Мир», РС МКС и других аппаратах. Приводятся результаты исследований микрогравитационной обстановки на орбитальных станциях и пути снижения и управления уровнями и параметрами микроперегрузок при выполнении научных экспериментов в Космосе.

В докладе рассматриваются проблемы и перспективы разработки оборудования и космической техники для выполнения гравитационно чувствительных экспериментов на РС МКС, ТГК «Прогресс», перспективных КА, обсуждаются перспективы проведения экспериментальных работ в условиях микрогравитации.

Дискуссия.

Вопрос. Разделение сил по проведению экспериментов на МКС - 40 обсуждалось в Японии в октябре 2007 г. в г. Нара. Какие были приняты решения?

Вопрос. Какие наличные объемы и какие энергии потребуются для проведения этого цикла экспериментов? Кто будет проводить эти работы, ведь при стыковке российско – японско – европейского комплекса объем работы увеличится, а средства доставки останутся прежними и трех космонавтов будет недостаточно, если не начнутся полеты «Спейс Шаттла». Необходимо запланировать работу на следующий год по более внимательному просмотру запланированных экспериментов, в том числе работы на КА «Прогресс» могут быть, конечно, подняты на более высокий уровень.

Вопрос (М.М. Цымбалюк). Приоритеты по постановке экспериментов на РС МКС вопрос довольно тонкий, например, много раз говорилось о проекте «Крит», но он не входит в состав приоритетных экспериментов.

Вопрос. Но ведь на Западе, в программе ЕКА эксперименты этого типа являются приоритетными. Однако следует заметить, что новый прибор, который разработан французским космическим агентством и в настоящее время готовится к отправке на МКС, является сложнейшим прибором, теперь он изготовлен не в самом КНЕС, а в дочерней фирме, и его эксплуатация даже на Земле является сложнейшей проблемой. В этом отношении «Крит» – значительно более простой прибор, с более простой системой управления, с модификацией подачи тепла на внешней поверхности.

Но вся совокупность этих вопросов – это предмет обсуждения на Международной стратегической планирующей группе – это приоритеты, обмен аппаратурой, космонавтами, обмен микрогравитационной обстановкой и т.д. Однако ответственного представителя Роскосмоса на этой группе не было. Наш представитель там был, и мы в курсе событий, однако нет никого, кто бы мог принимать решения и брать на себя ответственность за их осуществление. Мы писали письма с просьбой обеспечить участие представителя Роскосмоса, но они остались без ответа, вместе с тем представитель Украинского космического агентства регулярно бывает на этих совещаниях.

- 41 10) 26. XI. 2007 г. В.М. Емельянов, А.А. Горбунов, А.К. Леднев, С.А. Никитин, В.И. Полежаев, Е.Б. Соболева (ИПМех РАН), А.И. Иванов (РКК «Энергия»), Г.Ф. Путин, А.В. Зюзгин (Пермский государственный университет) «Эксперимент «Крит» и его подготовка на МКС: Результаты моделирования и анализ экспериментов на станции «Мир»

Представлен обзор работ, выполненных в последнее время участниками проекта «Крит» для подготовки космического эксперимента на МКС. Приведены результаты анализа космических экспериментов «Алис» - «Дакон», выполненных на станции «Мир» во время экспедиции «ЭО-20» (1995 г.) и «ЭО-27» (1999 г.), лабораторного моделирования (а) (б) (в) (г) Распространение тепла от точечного источника. (а) - в условиях гравитации (СО2). В условиях микрогравитации: (б) - фоновое значение микроускорений 10-4 g0, (в) - вибрации 0.3 Гц, 2310-3g (64 mm), (г) - вибрации 1.6 Гц, 510-3g0 (0.8 mm). Стрелками указано направление силы тяжести и вибраций термо-вибрационной конвекции от точечного источника тепла в условиях невесомости, экспериментального моделирования условий невесомости с помощью магнитной компенсации гравитации для исследований двухфазной околокритической среды и лабораторного и численного исследований динамики температурных и плотностных неоднородностей, вызванных нагревом стенок замкнутого объема сверхкритической среды.

Выполненные работы дополняют друг друга и позволили получить новые знания, необходимые для оптимизации программы и разработки прибора для проведения космического эксперимента «Крит» на МКС.



Pages:   || 2 |
 

Похожие работы:


 
2013 www.netess.ru - «Бесплатная библиотека авторефератов кандидатских и докторских диссертаций»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.