Состояние исследований в Казахстане по приоритетам научно-технологического развития. Космические исследования (стр. 15 )

Подготовлены технические предложения по оснащению ФГБ-2 криоконденсационным модулем для проведения исследований состава собственной атмосферы МКС и влияния криоконденсированных газов на оптические характеристики охлаждаемых оптических элементов [74].

Исследования в области космических технологий, в основном, относятся к материаловедению. Это - физические основы направленного формирования структуры и свойств металлов и сплавов под влиянием невесомости, термической обработки, пластической и сверхпластической деформации; исследование расслаивающихся систем в условиях микрогравитации, структуры и свойств космических образцов после доставки на Землю; изучение воздействия открытого космического пространства на физические свойства магнитных и сверхпроводящих оксидов; исследование расплавов в условиях микрогравитации.

В результате отработаны методики изучения расплавов в космосе. Разработана методика экспрессного исследования металлических систем – метод термодиффузии. Изучена термодиффузия металлов в твёрдом и жидком состояниях. Установлено, что сплавы монотектических систем расслаиваются в земных и космических условиях. Выявлены характерные типы микро - и макрорасслаивания. Диффузия проявляется послойным взаимодействием компонентов и интенсивным локальным проникновением одного из них в матрицу другого по особым областям в жидкой фазе ("каналы быстрой диффузии"). Разработана математическая модель термодиффузии для жидкого металла, позволяющая рассчитать поля скорости, температуры и концентрации [75]. Исследованы металлические композиции с различными типами взаимодействия компонентов. Выявлено направленное формирование при термодиффузионной обработке в зоне контакта диффузионных слоев, в приграничных областях - пересыщенных твердых растворов с каналами быстрой диффузии. Изучено строение каналов быстрой диффузии в сплавах. Определены оптимальные режимы термодиффузионной обработки сплавов. Получены многослойные структуры на основе алюминидов титана. Установлено, что эволюция микроструктуры, температурно-временные интервалы существования фаз, кинетика превращений зависят от метода нанесения слоя. Синтезированы образцы иттриевых купратов, церата бария и манганита. Составлены технические условия на способ изготовления фотоэлемента CuInSe[2]/CdS [76].

Космические эксперименты в рамках комплексной программы проведения научных исследований Республики Казахстан на борту МКС показали различные типы расслаивания сплавов, возможность протекания двух видов диффузии – послойной и ускоренной по каналам быстрой диффузии, а также протекания жидкофазных физико-химических реакций с образованием различных фаз и соединений. Они и формируют структуру расплавов, обуславливают их гидрогенизацию и сложный фазовый состав при охлаждении и кристаллизации. Полученные результаты могут быть использованы при совершенствовании космических и наземных технологий и открывают возможность получать заданные структуры и свойства материалов [77-82].

Исследованы оптические явления в верхней атмосфере, молекулярно-биологические механизмы воздействия факторов космического пространства на гены высших организмов, специализированные продукты питания для космонавтов [83].

Изучались спектральные характеристики охлаждаемых элементов информационно-оптических систем космического базирования. Изучено влияние криовакуумных конденсатов паров воды на спектральную отражательную способность зеркал. Рассмотрено влияние температуры конденсации и концентрации примеси (воды) на спектральную отражательную способность криоконденсатов двуокиси углерода. Переход от аморфного к кристаллическому состоянию криоконденсата двуокиси углерода стимулирует процессы водородосвязывания молекул воды, изолированных в матрице CO[2]. Отмечена зависимость скорости роста и коэффициентов преломления тонких пленок криовакуумных конденсатов модельных газов от температуры поверхности криоосаждения и давления газовой фазы [84].

Разработана конструкция криоконденсационной ловушки для изучения влияния криоконденсации на оптические характеристики охлаждаемых оптических элементов. Исследована зависимость скорости и коэффициентов преломления криоконденсатов модельных газов от условий криоосаждения (температура конденсации, давление газа) на охлаждаемых зеркальных подложках. Выведены зависимости фазообразования криовакуумных конденсатов воды и двуокиси углерода в чистом виде и в режиме соконденсации с азотом [85].

2. 1.3.Управление движением космических аппаратов и искусственных небесных тел

Создан многофункциональный командно-измерительный комплекс по сопровождению космических аппаратов и контролю космического пространства на базе восстановленной и модернизированной наземной инфраструктуры и технических средств полигона Сары-Шаган. Комплекс предназначен для обслуживания отечественных и зарубежных космических аппаратов на низких, средних и высоких орбитах [86,87]. Проведены инженерно-геодезическая топосъемка и инженерно-геологические изыскания, профилактические работы на антенном комплексе. Разработаны технические требования к организации телефонной связи, пуско-наладочным работам. Проект реализуется на базе имеющегося оборудования (12-метровые антенные системы ТНА-57, антенная система Б-834, квантово-оптическая система "Сажень-С") [88].

Разработан программный комплекс, который может быть использован при решении задач небесной механики, космической динамики, исследованиях околоземного космического пространства с помощью искусственных спутников Земли.

Разработаны алгоритмы обработки траекторной и телеметрической информации на основе методов оптимальной фильтрации для оперативного контроля движения летательных аппаратов на активном участке траектории [89].

Рассмотрены математические модели задач оптимального управления пространственной переориентацией космического аппарата, расчета оптимальной траектории запуска двухступенчатой ракеты [90]. Подготовлена рабочая документация по проекту: Создание центра отображения полетной информации о стартующих ракетах-носителях

[91].

2. 1. 4 Неуправляемое движение космических аппаратов и искусственных небесных тел

В результате комплексных исследований по физике и динамике звездных систем и подвижных космических объектов создан зональный каталог геостационарных спутников. Приведены параметры орбит 259 активных и пассивных объектов, выделены их основные типы, фотометрические характеристики [92-94].

2.1.5 Использование космических систем для связи и навигации

4 октября 1957 года с запуском первого спутника Земли началось освоение космической связи. На начальном этапе освоения космического пространства космическая связь имела вспомогательное значение в обеспечении полетов космических кораблей, но в короткий срок выросла в самостоятельное направление.

Постоянно совершенствующиеся спутниковые системы связи обеспечивают потребности населения в области телекоммуникаций, информации, культуры и образования. С помощью спутников связи стало возможным обеспечение связью самых отдаленных и труднодоступных уголков земного шара. Они также обеспечивают для населения фиксированную и подвижную связь, в частности, телефонную, телексную и факсимильную, передачу данных на всей территории Земли, включая водную поверхность, полярные области и воздушное пространство, видеотекста, телевизионных и радиопередач. С помощью спутников связи создана Глобальная навигационная спутниковая система (ГНСС), Международная система поиска и спасения (КОСПАС-САРСАТ), обеспечен доступ во всемирную сеть Internet. Космические системы связи сделали уникальную вещь – далекое стало близким и доступным.

В настоящее время спутники связи представляют собой наиболее наглядное и экономически успешное применение космической техники, и являются наиболее эффективным стимулом экономического и социального развития на национальном, региональном и глобальном уровнях [95].

После распада Советского Союза Казахстан встал перед проблемой создания своей собственной системы телерадиовещания и связи. Ввиду таких факторов как: неразвитая инфраструктура, тяжелые климатические условия, большие территориальные пространства, эта сеть должна быть только спутниковой. По сообщению пресс-службы правительства срок окупаемости проекта, предлагаемого российским "Газкомом", может составить 8 лет. В случае вывода спутника групповым способом, запуск может стоить $25-30 млн. В случае выведения спутника на орбиту в качестве "попутного груза" при запуске более тяжелых космических аппаратов, стоимость запуска может быть снижена до $10 млн. Разрабатываемый ГКНПЦ им. Хруничева спутник на малой платформе «Яхта», по информации "Панорамы", с полезной нагрузкой 100-130 кг и САС в 10-12 лет стоит около $50 млн. Создание национального спутника связи является ключевой частью развития национальной системы связи, что позволяет внедрить новые технологии в области космических систем телекоммуникаций и связи, включая сети доступа в Интернет, обеспечить информационную независимость и безопасность Республики. Минтранском РК заказало в Международный союз электросвязи (МСЭ) три орбитальные точки на ГСО, при выводе КА на которые государство получит полное покрытие сетью теле-, радиовещания, связи, передачи данных как своей территории, так и большей части всех приграничных стран. Необходимость создания собственных казахстанских спутников, как связи так и мониторинга в ближайшие 10 лет является насущной. Тем более, что срок аренды у ГКНПЦ им. Хруничева нынешней точки стояния заканчивается через 15 лет.

Реализация проекта в рамках концепции развертывания низкоорбитальных спутниковых систем (группировок), позволит РК предоставлять необходимые услуги, наращивая и расширяя свою сеть по мере роста потребностей и согласно выдвинутым правительством Казахстана условиям к партнерам, даст большие выгоды в виде обучения и подготовки казахстанских кадров непосредственно в процессах разработки, испытаний и запусков спутников, передачи новых космических технологий, создании наземных комплексов управления на территории Казахстана, модернизации телекоммуникационной инфраструктуры РК. Также Казахстан получит возможность в дальнейшем эксплуатировать и обслуживать собственными силами и средствами всю национальную группировку орбитальных спутников различного назначения, а также предлагать подобные услуги для сопредельных государств и для обслуживания глобальных систем.