В этот день… №3-05 (11-20 декабря)



Александр Грищенко Эра современного спутникового телевидения началась в конце ХХ века благодаря запуску на стационарную орбиту телекоммуникационного спутника, формально принадлежащего одному из самых малых государств Европы.
 
 
 

 
11 декабря 1988 года – запуск первого ИСЗ Люксембурга «Астра 1А» (ЕКА, Люксембург).

За двенадцать лет до наступления нового тысячелетия, одна из самых малых стран Европы обзавелась своим спутником. Причём ИСЗ «Астра 1А» (Astra) был не просто первым спутником Люксембурга, а телекоммуникационным аппаратом, предназначавшимся для ретрансляции радио- и телепрограмм в аналоговом и цифровом форматах европейской компанией SES, базирующейся в Люксембурге. Спутник был разработан компанией GE Astra Electronics. На орбиту аппарат весом 1780 кг, был успешно выведен европейской РН «Ариан 4» (Arian).

Сама компания SES (Societe European des Satellites — Европейское Спутниковое Сообщество) была создана в 1985 году и на момент создания 80% принадлежало инвесторам, 20% правительству Люксембурга.

Старт РН «Ариан-44LP»1 февраля на спутнике заработал первый канал – FilmNet. В течение месяца начали работу каналы Sky Channel, Eurosport, Sky News и Sky Movies компании Sky Television, а также скандинавские каналы TV3 и MTV Europe. The Children’s Channel / Lifestyle и Screensport были запущены в марте. В августе 1989 года был запущен скандинавский пакет платного ТВ – TV 1000. Компания SES была первой частной компанией – спутниковым оператором в Европе, ведь «спутниковый» бизнес на то время существовал в Германии и Франции и был государственным. До того момента частные телеканалы не имели возможности активно развиваться за счёт абонентов.

Но речь пойдёт не о спутнике и, тем более, не о спутниковом операторе, а о некоторых особенностях РН «Ариан-4», использовавшейся как средство выведения спутников «Астра». О первом старте тяжёлого (по тем временам) европейского носителя мы уже рассказывали (обзор №2-09 21–31.01.2017). Но, как ни странно, до первого полёта ракеты «Ариан-40» в 1990 году, двумя годами ранее, в 1988 году начал использоваться её более мощный вариант «Ариан-44LP» (первый старт 15 июня 1988 года). Именно «Ариан-44LP» вывел на стационарную орбиту ИСЗ «Астра 1А» 11 декабря 1988 года.

Схема РН «Ариан-44LP»В этом варианте ракеты использовались два жидкостных навесных ускорителя PAL. Ускоритель имеет длину 19 м, диаметр 2 м. Масса ускорителя, заправленного топливом, равна 42,2 т. Ускоритель по конструктивно-компоновочной схеме является жидкостной ракетой, имеющей однокамерный ЖРД «Викинг-6» (модификация ЖРД «Викинг-5») тягой 750 кН. В качестве компонентов топлива двигателя используется окислитель – четырёхокись азота, горючее – смесь UH-25. Масса заправляемого топлива равна 39 т. Время работы двигателя – 143 с. Новое горючее состоит из 25% гидразина и 75% НДМГ. Смесь UH-25 применили после того, как на стадии совершенствования ЖРД «Викинг-4» (на стадии создания РН «Ариан-2») путём повышения давления в камере сгорания, возникли колебания тяги и продольные колебания конструкции. Для устранения этих колебаний в магистралях горючего и окислителя после ТНА установили демпферы давления, выполненные в виде металлических цилиндров с днищами, расположенными коаксиально вокруг участка расходного трубопровода. В нижней части трубопровода, окружённого оболочкой демпфера, имеется отверстие, обеспечивающее гидравлическую связь полости демпфера с трубопроводом. В верхнюю часть демпфера через специальный трубопровод вводится газообразный азот: газовая полость выполняет роль упругого элемента в гидравлической цепи. Тогда же было установлено, что колебания в системе подачи топлива в двигатель значительно уменьшаются при использовании в качестве горючего вместо НДМГ смеси, состоящей из 25% гидразина и 75% НДМГ, имеющей практически одинаковые энергетические и физико-механические характеристики с чистым НДМГ.

Двигатель установлен неподвижно под некоторым углом к продольной оси ракеты, в результате чего векторы тяги двигателей ускорителей пересекаются примерно в центре масс всей ракеты.

ЖРД «Викинг-5» и «Викинг-6» в составе первой ступени и ускорителей PALДвигатель имеет турбонасосную систему подачи компонентов. Для привода ТНА используется генераторный газ, полученный из основных топливных компонентов. Для снижения температуры газов, подаваемых в сопловой аппарат турбины и на лопатки рабочего колеса, газ, вырабатываемый в газогенераторе, балластируется водой. Вода подаётся насосами двигателя «Викинг-5» первой ступени по специальному трубопроводу, разрываемому при отделении ускорителей, из водяного бака первой ступени.

Наддув топливных баков осуществляется газами, отбираемыми от газогенератора. Для снижения температуры газа, подаваемого на наддув баков, производится балластировка газа соответствующим компонентом топлива в специальных смесителях.

Кроме двух жидкостных ускорителей, ракета «Ариан-44LP» оснащалась двумя твердотопливными ускорителями PAP, выполненными в виде одноступенчатых твердотопливных ракет с удлинением 12,2 м. Диаметр ускорителя 1 м, масса ускорителя 11,5 т, масса топливного заряда – 9,5 т. Ускоритель создаёт тягу 647 кН в течение 42 с. Топливный заряд выполнен в виде 4-х шашек смесевого твёрдого топлива типа «Флексдайн». Каждая шашка имеет звездообразный канал.

Не в последнюю очередь, благодаря «рабочей лошадке» ЕКА РН «Ариан-4» различных модификаций, компания SES стала одной из ведущих фирм спутникового телевидения. Уже в 90-е годы ХХ столетия, когда спутники «Астра» потяжелели до 4 т, для вывода на стационар были востребованы отечественные носители «Протон-К», но это уже совсем другая история.


 

14 декабря 1897 года – И. В. Мещерский утверждён советом Петербургского университета в учёной степени магистра прикладной математики за работу «Динамика точки переменной массы» (Российская Империя).

Иван Всеволодович Мещерский родился 10 августа 1859 года в г. Архангельске. Низшее образование получил в Соломбальском приходском, а затем в уездном училище. В 1871 году он поступил в Архангельскую гимназию во второй класс, которую окончил в 1878 году с золотой медалью. В аттестате была отмечена «любознательность весьма похвальная и особенно к древним языкам и математике». Учился Мещерский в Архангельской гимназии в трудных материальных условиях. «Педагогический совет гимназии, учитывая блестящие успехи и «недостаточное состояние» юноши, освобождал его от платы за обучение и поддерживал небольшой стипендией».

И. В. Мещерский (10.08.1859 – 7.01.1935)После окончания гимназии Мещерский поступил студентом на физико-математический факультет Петербургского университета. Его выдающиеся способности обратили внимание известного русского профессора по теоретической механике Д. К. Бобылёва (1842-1918). По окончании университета в 1882 году Иван Всеволодович был оставлен при кафедре Д. К. Бобылёва «для приготовления к профессорскому званию».

Первой опубликованной работой И. В. Мещерского была статья по струйной теории сопротивления, тесно примыкавшая к исследованиям его университетского учителя Бобылёва. Она была помещена в журнале Русского физико-химического общества в 1886 году. В 1889 году Мещерский выдержал при Петербургском университете экзамены на учёную степень магистра прикладной математики. В те годы магистерским экзаменам посвящались три дня: один — математике, второй — механике и третий — письменной работе на тему, которая становилась известной экзаменующемуся только в день экзамена. Иван Всеволодович писал работу на тему «Метод Гамильтона-Якоби и его приложения к решению некоторых задач».

В 1890 году И. В. Мещерский начал преподавание в Петербургском университете в качестве приват-доцента кафедры прикладной математики. 19 ноября 1890 года он прочёл свою первую вступительную лекцию к курсу «Интегрирование уравнений механики». В последующие годы Мещерский читал в университете лекции по графостатике, интегрированию уравнений механики и вёл практические занятия со студентами по общему курсу теоретической механики.

Кроме университета, И. В. Мещерский вёл практические занятия по курсу теоретической механики в Институте инженеров путей сообщения в 1890/91 учебном году и с 1896 по 1902 год. В 1891 году Иван Всеволодович был назначен профессором механики на Петербургских высших женских курсах; он преподавал теоретическую механику на этих курсах в продолжение 28 лет – до 1919 года, когда произошло слияние Высших женских курсов с университетом.

Научные изыскания И. В. Мещерского по теории движения тел переменной массы имели большое значение для будущего развития ракетной техники и промышленности. Сейчас это достаточно ясно подавляющему большинству учёных и инженеров. В конце XIX и начале XX века ценность научных работ по вопросам теории реактивного движения не казалась значительной. Изучением движения тел переменной массы занимались одиночки по собственной инициативе и любознательности. Не было научно-технической базы для развёртывания экспериментов, не было средств для создания опытных образцов, двигатели прямой реакции (реактивные двигатели) не стали ещё насущной потребностью промышленного развития.

Работа И. В. Мещерского 1897 годаХарактерно, что магистерская диссертация Мещерского «Динамика точки переменной массы», которую он защищал в Петербургском университете 28 ноября 1897 года, встретила достаточно холодный приём. Иван Всеволодович вспоминал впоследствии, что на диспуте для многих присутствовавших было неясно, какое значение для науки имеет развитие динамики тел переменной массы. К чести Петербургского университета следует отметить, что 1 декабря (14 декабря по новому стилю) 1897 года И. В. Мещерский был утверждён советом университета в учёной степени магистра прикладной математики.

Если ограничиться рассмотрением движения точки переменной массы, то два основных фактора будут отличать её уравнения движения от уравнений Ньютона: переменность массы и принятая гипотеза отделения частиц, определяющая добавочную или реактивную силу. Если относительная скорость отделяющихся частиц равна нулю, то добавочная сила, обусловленная процессом отделения частиц, также равна нулю. Естественно было начать разработку теории с такого частного случая, когда реактивная сила не будет входить в расчёты. Результаты исследования движения точки переменной массы в этом предположении были доложены Мещерским Петербургскому математическому обществу в 1893 году. Из частных задач этого типа была рассмотрена весьма актуальная в те годы задача небесной механики о движении двух тел переменной массы. Основные выводы проведённого исследования были опубликованы в работе «Один частный случай задачи Гюльдена».

Дальнейшие занятия вопросами теории движения тел переменной массы привели Мещерского к созданию вполне законченной и строго обоснованной динамики точки переменной массы. Впервые в научной литературе Мещерский вывел основные дифференциальные уравнения движения точки переменной массы в 1897 году и тем самым дал возможность получения количественных закономерностей для различных частных задач движения. Одной из существенных гипотез, лежащих в методе Мещерского, является гипотеза близкодействия (контактного взаимодействия) отбрасываемых частиц. Допускается, что в момент отделения частицы от тела происходит явление, аналогичное удару, частица за очень малый промежуток времени получает относительную скорость Vr и дальнейшее взаимодействие частицы и основного тела прекращается. Если обозначить через dM массу отбрасываемой частицы, M – массу основной точки, dv1 – приращение скорости основной точки, то на основании теоремы количества движения для ударных сил будем иметь:

M dv1 — dM Vr = 0,

откуда

dv1 dM Vr dM (u — v),
M M

где v – скорость основной точки, а u – абсолютная скорость отброшенной частицы dM.
Гипотеза близкодействия отбрасываемых частиц (гипотеза контактного взаимодействия) позволила Мещерскому получить векторное дифференциальное уравнение движения точки переменной массы в следующем виде:

M dv  = F +  dM (u — v).
dt dt

Для задач ракетной техники уравнение отображает существо явлений с достаточной для практики точностью. Были даже предложения называть это уравнение уравнением Мещерского. Если принять, что абсолютная скорость отбрасываемых частиц равна нулю, то уравнение можно написать в следующей простой форме:

d (Mv) = F.
dt

И это уравнение также было получено и исследовано И. В. Мещерским в работе 1897 года. Спустя 31 год итальянский математик Леви-Чивита ещё раз вывел это уравнение которое в иностранной литературе получило название «уравнения Леви-Чивита». В работе же Мещерского последнее уравнение рассматривается как частный случай более общего уравнения.

Динамика точки переменной массы, созданная трудами и талантом И. В. Мещерского, до наших дней остаётся наиболее полным и обстоятельным исследованием по теории движения тел переменной массы. В этой работе, кроме вывода исходных дифференциальных уравнений, рассмотрено большое число оригинальных частных задач и указаны общие методы, развитие которых даст, несомненно, ряд практически важных заключений о закономерностях динамики ракет.

В 1904 году вышла из печати вторая фундаментальная работа Мещерского «Уравнения движения точки переменной массы в общем случае», посвящённая динамике точки переменной массы в случае одновременного присоединения и отделения частиц. Этой работой были заложены теоретические основы изучения движения аппаратов с воздушно-реактивными двигателями.

Магистерская диссертация Мещерского «Динамика точки переменной массы» и его работа «Уравнения движения точки переменной массы в общем случае» составляют надёжный теоретический фундамент современной ракетодинамики. Все расчёты траекторий, скоростей, ускорений, вычисления сил по наблюдаемым свойствам реальных движений ракет и реактивных самолётов производятся на основе уравнений Мещерского.


 

При подготовке материалов были использованы следующие источники:

  1. В. Н. Кобелев, А. Г. Милованов. Ракеты-носители / Учебное пособие. – М.: Моск. гос. авиац. технол. ун-т, 1993.
  2. С. П. Уманский. Ракеты-носители. Космодромы. – М.: «Рестарт+», 2001.
  3. В. А. Брюханов. Великий шаг человечества. – Архангельск: Архангельское книжное издательство, 1957.
  4. А. Н. Боголюбов. Математики Механики / Библиографический справочник. – К.: «Наукова думка», 1983.

 


« »



Оставьте свой комментарий

Вы должны быть авторизованы чтобы оставлять комментарии.

Рейтинг@Mail.ru