Лабораторная работа № 1. Аппаратные ресурсы сети – это дополнительное оборудование, которое можно подключать к сети и разделять между пользователями

Аппаратные ресурсы сети – это дополнительное оборудование, которое можно подключать к сети и разделять между пользователями. Аппаратные ресурсы расширяют возможности сети.

Принтеры, сканеры, модемы и факс-модемы, CD-ROM – все это аппаратные ресурсы сети.

Однора́нговые, децентрализо́ванные или пи́ринговые (от англ. peer-to-peer, P2P – равный к равному) сети – это компьютерные сети, основанные на равноправии участников. В таких сетях отсутствуют выделенные серверы, а каждый узел (peer) является как клиентом, так и сервером. В отличие от архитектуры клиент-сервера, такая организация позволяет сохранять работоспособность сети при любом количестве и любом сочетании доступных узлов. Так сказать «С глазу на глаз».

Впервые фраза «peer-to-peer» была использована в 1984 году Парбауэллом Йохнухуйтсманом (Parbawell Yohnuhuitsman) при разработке архитектуры Advanced Peer to Peer Networking фирмы IBM.

 

Лабораторная работа № 1

2.2.Конструкция корпуса ракетного летательного аппарата

Корпус является силовой основой ракеты и объединяет все агрега­ты, системы и устройства в единое целое.

Для обеспечения высокого конструктивного совершенства ракеты конструкция корпуса должна иметь минимальную массу, что обуславливает рабо­ту корпуса в области напряжений предельно допустимых для применяемых материалов с учетом аэродинамического нагрева, снижающего их механическую прочность.

В общем случае на корпус ракеты действуют статические, динамичес­кие, сосредоточенные и распределенные нагрузки, величины которых определяются конструктивно-силовой схемой корпуса, аэродинамической компо­новкой ракеты, свойствами самого корпуса, параметрами окружающей среды и т. д.

Корпус, объединяя все системы ракеты в единое целое, одновременно определяет и условия их работы, т. е. действующие на них нагрузки, температуры, вибрации, параметры среды в отсеках и т. п. С этой точки зрения корпус или его отдельные части можно считать составным элементом каждой из систем ракеты. Так, свойства корпуса учитывают в логике функционирования системы управления; обеспечение температурного режима в каком-либо отсеке требует учета геометрических характеристик, массы, термодинамических параметров конструкционного материала корпуса и т. д.

Конструкцию корпуса РЛА можно разде­лить на корпусы головного и отдельных ракетных блоков.

Конструкцию корпуса отдельного ракетного блока условно делят на отсеки (по функциональному или конструктивно-технологическому признаку). Под функциональным признаком в данном случае понимается выполняемая от­секом роль, а под конструктивно-технологическим – тип его конструкции.

 

В общем случае корпус ракетного блока включает в себя (деление по функциональному признаку): перед­ний отсек, отражательное устройство, отсеки баков окисли­теля и горючего, межбаковый и хвостовой отсеки, силовую раму и донную защиту (рис. 2.2).

Передний отсек предназначен для стыковки с последующим ракетным блоком и служит для размещения приборов систем управления и измерения при холодном разделении ступеней и для обеспечения выхода струи газов при запуске двигателей последующих ступеней при "горячем" разделении.

Отражательное устройство предназначено для защиты расположенного ниже бака от силового и теплового воздействия струи при "горячем" разделении ступеней.

 

Рис. 2.2. Структурная схема корпуса ракетного блока

 

Отсеки баков окислителя и горючего служат для размещения запасов компонентов топлива (окислителя и горючего соответственно).

Межбаковый отсек объединяет баки окислителя и горючего в топливный отсек, а также служит для размещения приборов управления и измерения. Конструктивно топливный отсек может быть выполнен и без меж­бакового отсека с одним общим для обоих баков днищем (совмещенное днище).

Хвостовой отсек образует хвостовую часть ракетного блока и предназначен для размещения двигателей и агрегатов двигательной установки. Корпус хвостового отсека ракетного блока второй и последующих ступеней обычно сбрасывается и выполняет роль переходного отсека.

Силовая рама крепления двигателей служит для передачи и распреде­ления силы тяги на корпус хвостового отсека или заднюю юбку.

Донная защита (теплозащитный экран) предназначена для защиты расположенных в хвостовом отсеке конструкций и агрегатов от теплового и газодинамического воздействия струи работающих двигателей (особенно в момент старта ракеты).

В ракетных блоках с ненесущими (подвесными) топливными баками мо­гут применяться силовые кольца, передающие сосредоточенные нагрузки от баков к внешнему силовому корпусу отсека.

По конструктивному признаку отсеки ракеты делятся на каркасные, ферменные и рамные, а по технологическому – на клепаные, сварные и комбинированные. Исключительно сварными являются баки, к конструкции которых предъявляются высокие требования по герметичности. Другие отсеки могут быть сварными или клепаными. При этом с увеличением стартовых масс ракеты предпочтение отдают клепаным конструкциям, позволяющим использовать самые высокопрочные материалы. Это обеспечивает уменьшение массы конструкции ракетного блока (по сравнению со сварной конструкцией).

Наиболее распространенным типом являются каркасные отсеки, обязательными элементами которых являются обшивка, образующая замкнутую обо­лочку, и продольно-поперечный силовой набор. Основными конструкционными материалами для изготовления отсеков корпуса являются, как правило, алюминиевые и титановые сплавы, а также неметаллические и композици­онные материалы, которые чаще применяются в конструкциях тепловой защиты и теплоизоляции.

Соединение (стыковка) отдельных отсеков между собой выполняется различными способами. Однако наиболее распространенным является фланцевое соединение.

 

2.3. Требования к конструкции корпуса

Требования, предъявляемые к конструкции корпуса, должны обеспечивать:

1. минимальную массу при необходимой прочности и жесткости;

2. эксплуатацию ракеты во всем диапазоне заданных внешних условий;

3. простоту изготовления и минимальную стоимость.

При разработке конструкций, отличающейся высокой прочностью и минимальной массой, необходимо следовать некоторым правилам. К ним относятся:

1) тщательная обработка геометрических размеров и сведение их до минимально необходимых;

2) разработка простой и ясной расчетной схемы конструкции, обеспечивающей минимальные запасы прочности;

3) повышенное внимание ко всем так называемым второстепенным деталям (кронштейнам, крепежным узлам и т. д.), которые в сумме образуют значительные массы.

Для соблюдения заданных условий эксплуатации отсеки корпуса и их стыки выполняют герметичными, гарантирующими защиту от попадания внешних атмосферных осадков, пыли и т. п.

Простоту и минимальную стоимость конструкции обеспечивает применение стандартных полуфабрикатов (листов, плит, профилей и т.д.). Это для большинства ракет приводит к необходимости изготовления корпуса из отдельных панелей, что в ряде случаев ухудшает его массовые характеристики из-за появления дополнительных стыков и применения неоптимальных профилей продольно-поперечного набора. При существенном ухудшении массовых характеристик отсеков отказываются от стандартных полуфабрикатов и переходят к специальным профилям, что экономически более целесообразно, так как при этом существенно увеличивается масса полезного груза.

Необходимо выполнять требования, предъявляемые к компоновке систем и корпуса. Особое внимание при разработке внутренней компоновки уделяют безопасности и живучести конструкции: трубопроводы дренажа из баков окислителя и горючего выводят в диаметрально противоположные точки. Магистрали и арматуру систем заправки и слива размещают так, чтобы при возникновении негерметичности в системах исключить попадание компонента из одной системы в другую. Кольцевые кабели в хвостовом отсеке прокладывают на полках шпангоутов, используя их в качестве защиты от силового воздействия при аварийном разрушении двигателя и т.д. Кроме того, в любом случае необходимо выполнение требования по удобству монтажа систем, обеспечению замены элементов, а также проведению испытаний как в процессе сборки ракетных блоков, так и при эксплуатации ракеты.

 

2.4. Конструктивные особенности компоновки ракетных летательных аппаратов

 

Схема "тандем" имеет последовательное расположение ракетных частей (блоков) ступеней, каждая из которых по своей конструктивной схеме может быть как моно-, так и полиблочной. При моноблочной схеме в состав ракетной ступени входит один ракетный блок, при полиблочной – несколько ракетных блоков или один ракетный блок с полиблочными топливными отсеками. Ракетные блоки, входящие в состав ракетной части ступени, комплектуются, как правило, всеми отсеками, агрегатами, системами и элементами, которые присущи обычной одноступенчатой ракете. Между собой ракетные части ступеней соединяются одним поясом силовых связей, имеющим вид фланцевого стыка, замковые устройства которого раскрываются в процессе разделения ступеней.

Недостаток схемы "тандем": при увеличении числа ступеней увеличивается общая длина ракеты, что ведет к снижению продольной устойчивости и возрастанию погрешностей изготовления, повышению конструктивно-технологических возмущающих воздействий.

Схема "пакет" имеет параллельное расположение ракетных частей (ступеней), которые соединяются между собой в двух силовых поясах: верхнем и нижнем. Оба пояса должны воспринимать или передавать поперечные нагрузки, а один из них – осевые. При передаче последних через верхний силовой пояс центральный ракетный блок, который является частью ступени ракеты, находится в более благоприятных условиях на определяющем активном участке полёта первой ступени, что обуславливает и улучшает массовые характеристики, т.е. меньшую величину пассивной массы последней ступени.

ОБЩИЕ ПРИНЦИПЫ ПОСТРОЕНИЯ РАКЕТНО-КОСМИЧЕСКИХ КОМПЛЕКСОВ

 

1.1. Задачи, выполняемые на ракетно-космическом комплексе при подготовке ракет-носителей к пуску и на этапе пуска

 

Ракетно-космический комплекс (РКК) представляет собой сложную автоматизированную техническую систему, состоящую из функционально связанных между собой ракет-носителей (РН), по­лезных нагрузок (космических аппаратов, орбитальных кораблей и т.п.), технических устройств, систем управления и обеспечения, управляемых людьми, предназначенную для выполнения задач, оп­ределяемых назначением полезных нагрузок, которыми комплекту­ется ракета-носитель РКК.

Исходной характеристикой, определяющей основные пара­метры РН (размерность ракеты), являются масса полезной нагруз­ки, которую сможет вывести РН на опорную орбиту высотой 200-500 км.

Полезная нагрузка в зависимости от назначения может включать:

• космические аппараты (КА) или блоки модулей космических станций, постоянно размещенных на высотах, близких к высоте опорной орбиты;

• КА с разгонными блоками, переводимыми последними на другие орбиты (в том числе отлетные, геостационарные, высокоэллиптические) и т.п.

Ракеты-носители космических объектов наиболее часто выпол­няются в виде многоступенчатых ракет с маршевыми жидкостными ракетными двигателями (ЖРД), в некоторых случаях снабжаемые стартовыми ускорителями с ракетными двигателями твердого топлива (РДТТ). Конструкции современных РН имеют высокую степень массовой эффективности. Высокая массовая эффективность РН космических объектов в значительной степени определяется строго ограниченными условиями полета РН, в том числе - полями сил и напряжений на конструкцию РН с полезной нагрузкой. Вслед­ствие этого в ракетостроении существует принцип, согласно кото­рому ни при каких условиях наземной эксплуатации ракет-носителей и их составных частей воздействия на них не должны превышать величин полетных нагрузок.

Поэтому схемы конструкций технических устройств и систем обеспечения, входящих в состав наземного оборудования РКК, должны определяться исходя из данного принципа.

Процесс наземной подготовки ракеты и полезной нагрузки к старту включает в отечественном ракетостроении следующие этапы:

• прием и разгрузку составных частей РН и КА на техническом комплексе (ТК);

• проверку правильности функционирования бортовых систем и агрегатов РН изолированно в ходе автономных испытаний и при их совместной работе в составе РН и полезной нагрузки на ТК (ком­плексные испытания);

• диагностику выявленных отказов в функционировании с по­следующей заменой неисправных приборов (агрегатов) и корректи­ровкой эксплуатационной документации;

• заключительные операции с бортовыми системами после за­вершения полного объема испытаний на ТК с обеспечением техни­ческой готовности полезной нагрузки к стыковке с РН;

• механическую и электрическую стыковки полезной нагрузки с РН (сборку) и совместную их проверку на ТК. При этом полезная нагрузка уже может быть заправлена компонентами топлива и газа­ми на специальной позиции либо на ТК;

• операции по обеспечению механической готовности к вывозу РН с полезной нагрузкой на стартовый комплекс (перегрузка на транспортный агрегат, при необходимости установка защиты от действия внешней среды и т.п.);

• транспортировку РН с полезной нагрузкой на стартовый ком­плекс в горизонтальном положении;

• подъем РН с полезной нагрузкой в вертикальное положение и установку ее на стартовое сооружение;

• подведение к ракете устройств, обеспечивающих доступ к зо­нам обслуживания ракеты-носителя и полезной нагрузки; устройств, обеспечивающих электрическое, гидравлическое и пневматическое соединение ракеты с соответствующими наземными коммуника­циями; устройств, обеспечивающих экранирование ракеты от дейст­вия ветровой нагрузки; подведение устройств, обеспечивающих бы­струю эвакуацию обслуживающего персонала и космонавтов;

• отведение при необходимости транспортно-установочного аг­регата;

• установка химических источников тока на РН и полезной на­грузке (в некоторых случаях химические источники тока могут быть установлены на техническом комплексе);

• проведение предстартовых испытаний ракеты-носителя и по­лезной нагрузки;

• проведение операций по подготовке к заправке РН и при не­обходимости полезной нагрузки компонентами топлива, газов и служебных жидкостей и проведение заправки;

• отстыковка при необходимости заправочных топливных ком­муникаций;

• проведение операций по прицеливанию ракеты (наведение или ввод полетного задания);

• доукомплектование полезной нагрузки, посадка экипажа в КА (при использовании КА с экипажем);

• проведение заключительных операций перед стартом;

• отведение всех наземных технологических устройств, кроме устройств электрической связи, пневматической связи (наддув ба­ков), подпитки ракеты легкоиспаряющимся топливом;

• старт ракеты;

• подготовка стартового оборудования к последующим пускам.

В течение всего периода после установки ракеты на стартовое сооружение до старта производится автоматизированный контроль состояния параметров, обеспечивающих безаварийное обслужива­ние ракеты.

В случае выхода параметров ракеты и ее систем за допустимые величины и невозможности их приведения в пределы нормальных величин (путем замены, регулировки элементов систем), произво­дится снятие ракеты-носителя с полезной нагрузкой со стартового сооружения и вывоз на технический комплекс.

Для этого подводятся все вспомогательные устройства наземно­го оборудования, производится высадка экипажа, подстыковывают­ся все электрические, гидравлические и пневматические коммуни­кации, производится слив компонентов топлива; подводится транспортно-установочный агрегат (ТУА), на котором закрепляется ракета; отводятся все вспомогательные устройства наземного оборудования; производится опускание раке­ты на ТУА и отвод агрегата с ракетой со стартовой позиции.

В настоящее время в отечественной космонавтике реализован принцип подготовки к пуску ракеты, при котором на заводе-изготовителе или технической позиции осуществляется укомплекто­вание РН агрегатами, обеспечивающими автоматическую стыковку всех коммуникаций ракеты с ответными частями наземных комму­никаций при установке ракеты на стартовое сооружение и автомати­ческую расстыковку ракеты с соответствующими агрегатами в мо­мент старта, либо непосредственно после взлета ракеты (например, отстрел гаргрота).

Начиная с первых образцов ракетной техники перечисленные операции проводились в большем или в меньшем объеме и были в той или иной степени автоматизированы.

В большинстве случаев в отечественных ракетно-космических ком­плексах транспортные и установочные агрегаты объединяются в единый агрегат, который называется транспортно-установочный агрегат (ТУА).

На общие принципы создания отечественных ракетно-космических комплексов влияет одно важное обстоятельство: ра­кетно-космические комплексы размещаются в удаленных от заво­дов-изготовителей малонаселенных местностях, связанных с цен­трами производства ракет только железной дорогой.

Данное обстоятельство заставляет, как правило, создавать ра­кеты, имеющие стартовую массу более 500 т, пакетной схемы – для обеспечения транспортировки блоков в железнодорожных вагонах, когда максимальный поперечный размер блока и его длина определяется габаритами железнодорожного вагона. Тем самым предопределяется конфигурация поперечного сечения ра­кет, усложняются формы зон обслуживания, что в значительной степени определяет конструкцию транспортно-установочного аг­регата и агрегатов обслуживания.

Во-вторых, несмотря на тот факт, что обычно системы и агрегаты отечественных ракет или их блоков изготавливаются на разных пред­приятиях страны, укомплектование ракет и их полная проверка про­водится на головном заводе-изготовителе, после чего ракета целиком или поблочно транспортируется к местам запуска. Поставка дополни­тельного оборудования или замена агрегатов и приборов является не правилом, а исключением. Это также способствует упрощению под­готовки ракеты к пуску, сокращению сроков подготовки ракеты на полигоне и внедрению широкой автоматизации с использованием достаточно простых алгоритмов управления.

 

1.2. Состав ракетно-космического комплекса

 

Для обеспечения выполнения всех вышеперечисленных опера­ций, а также операций по контролю и управлению полетом РН, ра­кетно-космический комплекс включает оборудование, входящее в состав следующих основных частей:

• технической позиции (технического комплекса) ракет-носителей;

• технической или заправочно-технической позиции КА;

• стартовой позиции (стартового комплекса);

• комплекса траекторных измерений и управления полетом РН на автоматически управляемых траекториях (стационарных и мо­бильных);

• комплекса траекторных и телеметрических измерений (и управлений) полетом КА в космосе (стационарных и мобильных). РКК является основной составляющей частью космодрома, в составе которого имеются технические системы обеспечения основных ком­плексов водой, электроэнергией, теплом с соответствующими ком­муникациями;

• хранилищ (и заводов) по приему, длительному хранению и выдачи компонент ракетного топлива для заправки РН и КА;

• внутренних автомобильных и железных дорог, связанных с основными магистралями, аэродромов с терминалами по приему грузов, их разгрузки, хранения (при необходимости) и транспорти­ровки на основные комплексы;

• системы охраны территории РКК;

• личного состава РКК и прибывающих на временные работы специалистов;

• отчужденные охраняемые поля падения ступеней (как правило, нижних) и частей ракет с подразделениями сбора остатков ступеней для передачи их для последующего анализа результатов пуска, обес­печенные необходимой подъемной, землеройной, подводной и транс­портировочной техникой поиска ступеней и местами складирования, хранения, передачи уполномоченным организациям или захоронения;

• подразделения поиска спускаемых космических объектов и оказания первой помощи членам экипажей этих объектов.

В случае использования тяжелых спасаемых орбитальных сту­пеней эти задачи выполняют подразделения обслуживания аэродро­мов посадки орбитальных ступеней.

Перечисленные комплексы и подразделения размещаются на территориях космодромов, имеющих основную площадь в сотни и тысячи квадратных километров. Пункты измерительных комплек­сов, поля падения могут быть удалены от основной территории на сотни и тысячи километров.

Для обеспечения синхронизации работы всех систем в едином мас­штабе времени в состав РКК входит комплекс системы единого времени.

Управление работой всех основных частей РКК осуществля­ется с помощью систем связи различных типов: радио, телефон­ной, телевизионной и др.

 

1.3. Космодромы мира

 

На космодромах могут размещаться несколько РКК, построен­ных на базе ракет различных типов. В этом случае обеспечивающие элементы РКК могут быть общими для нескольких комплексов.

Координаты размещения космодромов мира приведены в таб­лице 1. Схема размещения космодромов представлена на рис. 1.

1.4. Основныезадачи, решаемые ракетно-космической техникой

 

В настоящее время планомерное освоение и использование космоса в интересах науки, социально-экономического прогресса, повышения обороноспособности проводится более чем в 130 стра­нах мира.

В области прикладных космических работ космические аппара­ты дистанционного зондирования стали основой национальных средств контроля, позволяющих составлять тематические природно-ресурсные карты, оценивать запасы водных ресурсов, состояние ме­лиоративных земель, ледовую обстановку, осуществлять экологиче­ский мониторинг атмосферы и поверхности Земли.

Эффективно развиваются системы космической связи, телеви­дения, ретрансляции информации, которые позволяют охватить те­левизионными программами практически всю территорию Земного шара, осуществлять международный обмен, обеспечивающий маги­стральную международную связь.

Важным направлением является развитие навигационно­геодезических космических систем. В космосе постоянно находится несколько десятков космических аппаратов, снабжающих навигаци­онной информацией десятки тысяч наземных потребителей; боль­шинство более менее крупных морских судов оснащены спутнико­вой навигационной аппаратурой, что позволяет обеспечить опреде­ление морскими судами и самолетами своего местонахождения с точностью менее 100 м, определение местоположения терпящих бедствия судов и самолетов, проводить высокоточные измерения движения земной коры, в том числе и для прогнозирования земле­трясений.

Результаты научных исследований и практических работ в кос­мосе применяются во многих отраслях народного хозяйства на Зем­ле. Это и новые конструкционные материалы, защитные экраны от различных излучений, постоянные магниты на основе редкоземель­ных металлов, позволяющие существенно уменьшить размеры при­боров и устройств, повысить ресурс различных электрических ма­шин. С успехом применяются космические разработки в металлур­гии, атомной, автомобильной, нефтехимической промышленности.

В настоящее время грузопоток в космосе постоянно растет, что требует создания более совершенных транспортных космических систем и средств их обеспечения, расширения сети космодромов и автономных стартовых комплексов морского, воздушного и назем­ного базирования.

Контрольные вопросы к лабораторной работе № 1

1. Зачем нужен корпус ракеты? Какие нагрузки действуют на корпус, и от чего зависит их величина?

2. Из чего состоит ракетный блок? Что лежит в основе деления корпуса на отсеки?

3. Рассказать про передний отсек и отражательное устройство (расположение, назначение).

4. Рассказать про баки окислителя и горючего и межбаковый отсек (расположение, назначение).

5. Рассказать про хвостовой отсек, силовую раму крепления ДУ и донную защиту (расположение, назначение, что находится внутри).

6. Какие могут быть отсеки (корпус) по конструктивным и технологическим признакам? В чем разница между типами, достоинства и недостатки каждого типа, с увеличением массы ракеты какой тип лучше по технологическому признаку?

7. Из каких материалов изготавливают отсеки корпуса? Каким способом в основном соединяют отсеки?

8. Перечислить основные требования к конструкции корпуса.

9. Каким образом можно обеспечить минимальную массу при необходимой прочности и жесткости?

10. Каким образом обеспечивается эксплуатация ракеты во всем диапазоне заданных внешних условий, простота изготовления и минимальная стоимость?

11. Рассказать про особенности внутренней компоновки ракеты.

12. Какими могут быть ступени по конструктивно-компоновочной схеме? Пояснить. Рассказать про тандемную схему соединения ступеней: что собой представляет, достоинства, недостатки.

13. Рассказать про пакетную схему соединения ступеней: что собой представляет, достоинства, недостатки, через что соединены ступени, какие нагрузки воспринимают силовые пояса.

14. Какая исходная характеристика определяет основные параметры РН? Что может являться полезной нагрузкой?

15. Что обычно представляет собой РН? Сформулировать принцип о нагрузках, действующих на РН при наземной эксплуатации.

16. Рассказать в чем заключается наземная подготовка РН и КА к старту (до вывоза РКН на СК [стартовый комплекс]).

17. Рассказать в чем заключается наземная подготовка РН и КА к старту (на СК).

18. Что такое аварийная ситуация на СК, связанная с РН? Каковы действия в случае ее возникновения?

19. Рассказать про особенности создания и транспортировки отечественных ракет? Как эти особенности влияют на конструкцию ракет?

20. Что включает в себя РКК? Где располагаются элементы РКК?

21. Рассказать про космодромы мира, используя рис. 1 и табл. 1 (в каких странах имеются космодромы и в каком количестве).

22. Перечислить задачи, решаемые современными КА.