ТЕХНІЧНА МЕХАНІКА
ISSN 1561-9184 (друкована версія), ISSN 2616-6380 (електронна версія)

ГОЛОВНА    ПРО ЖУРНАЛ    РЕДКОЛЕГІЯ    АВТОРАМ    ПОТОЧНИЙ ВИПУСК    АРХІВ    КОНТАКТИ

УДК 629.78

Технічна механіка, 2022, 2, 123 - 136

КЛАСИФІКАЦІЯ ТЕХНОЛОГІЧНИХ ПРОЦЕСІВ ЗА ЇХНЬОЮ РЕАЛІЗАЦІЄЮ НА КОСМІЧНІЙ ІНДУСТРІАЛЬНІЙ ПЛАТФОРМІ

DOI: https://doi.org/10.15407/itm2022.02.123

Палий О. С.

Палий О. С.
Інститут технічної механіки Національної академії наук України і Державного космічного агентства України,
Україна

      Мета статті – розробка класифікатора і класифікації технологічних процесів в умовах космічного простору за їхньою реалізацією на космічній індустріальній платформі. В найближчому майбутньому людство може зіткнутися із викликами планетарного масштабу. Насамперед це проблема глобального потепління та проблема обмеженості існуючих земних ресурсів. Одним з очевидних варіантів вирішення цих проблем є індустріалізація спочатку ближнього, а в майбутньому – далекого космосу та небесних тіл. Початковим етапом індустріалізації космосу є створення на орбіті Землі космічних індустріальних платформ. Проблема створення космічної індустріальної платформи є багатогранною і потребує залучення інформації різної спрямованості. В даний час існують роботи, які пов'язані з реалізацією низки технологічних процесів в умовах космічного простору, що досліджуються відповідними вченими та розробниками. Реалізація унікальних технологічних процесів в умовах космічного простору дозволяє отримувати матеріали з якісно новими характеристиками. Розроблено комплекс критеріїв класифікації технологічних процесів в умовах космічного простору, з використанням яких розроблено класифікатор та виконано класифікацію цих процесів за їхньою реалізацією на космічній індустріальній платформі. Проведено аналіз технологічних процесів, що реалізуються в умовах космічного простору, та сформовано комплекс їх параметрів, які необхідно забезпечити на космічній індустріальній платформі. З використанням класифікатора проаналізовано функціональні схеми різних технологічних процесів, які можуть бути реалізованими в умовах ближнього космосу. Функціональні схеми містять основні та допоміжні модулі в залежності від виду технологічного процесу. Показано взаємозв’язок між технологічними та базовими модулями індустріальної платформи. Визначено та показано у вигляді схеми вантажопотік, канали: зв’язку та управління, енергозабезпечення, забезпечення теплового режиму платформи, вентиляції та вакуумування.
     

космос, індустріальна платформа, технологічні процеси, вакуум та невагомість, речовини та матеріали, космічне сміття

1. Алпатов А. П., Горбулин В. П. Космические платформы для орбитальных промышленных комплексов: проблемы и перспективы. Вісн. НАН України. 2013. № 12. С. 26–39. https://doi.org/10.15407/visn2013.12.026

2. Palii O. S. State of the art in the development of orbital industrial platforms. Техн. механіка. 2021. № 3. C. 70–82. https://doi.org/10.15407/itm2021.03.070

3. Ignatiev A. et al. Thin Film Microelectronics Materials Production in the Vacuum of Space. Space Technology and Applications International Forum (STAIF-97), Albuquerque, NM, CONF 970115, American Institute of Physics, 1997. P. 685–689. https://doi.org/10.1063/1.47289

4. Ignatiev A., Chu C. W. Commercial Aspects of Epitaxial Thin Film Growth in Outer Space. The Space Congress Proceedings. URL: https://commons.erau.edu/cgi/viewcontent.cgi?article=2123&context=space-congress-proceedings (last accessed 20.05.2022).

5. Strozier J. A., Sterling M., Schultz J. A., Ignatiev A. Wake vacuum measurement and analysis for the wake shield facility free flying platform. Vacuum. 2002. Vol. 64. P. 119–144. https://doi.org/10.1016/S0042-207X(01)00383-9

6. Блинов В. В., Владимиров В. М., Кушнарев Н. А. и др. Выращивание полупроводниковых структур для высокоэффективных солнечных батарей в открытом космосе. Новые материалы и технологии в космической технике. 2020. Т. 1. № 1 (31). С. 45–54. https://doi.org/10.26732/j.st.2020.1.06

7. Блинов В. В., Владимиров В. М., Кулинич С. Н. и др. Оборудование для выращивания полупроводниковых гетероструктур в открытом космосе. Новые материалы и технологии в космической технике. 2021. Т. 5. № 2 (36). С. 110–115. https://doi.org/10.26732/j.st.2021.2.06

8. Пчеляков О. П. Полупроводниковые вакуумные технологии в космическом пространстве: история, состояние, перспективы. Космическое приборостроение. 2018. Т. 2. № 4 (26). С. 229–235. https://doi.org/10.26732/2618-7957-2018-4-229-235

9. Бержатый В. И., Зворыкин Л. Л., Иванов А. И. и др. Перспективы реализации вакуумных технологий в условиях орбитального полета. Поверхность. Рентгеновские, синхротронные и нейтронные исследования. 2001. № 9. С. 64–73.

10. Патент РФ на винахід № RU2372259, МПК B64G1/66; B64G4/00. Устройство для выращивания и обработки материалов в космическом пространстве в условиях сверхвысокого вакуума и способ его эксплуатации (варианты). Блинов В. В., Зворыкин Л. Л., Иванов А. И., Игнатьев А. и др. 2008118835/11; заявл. 12.05.2008; опубл. 10.11.2009. Бюл. № 31.

11. Lockowandt Chr., Yakimova R., Syvaejaervi M., Jznzen E. High temperature furnace for liquid phase epitaxy of silicon carbide in microgravity. Acta Astronautica. 1999. Vol. 44, No. 1. P. 23–29. https://doi.org/10.1016/S0094-5765(98)00190-8

12. Reibaldi G. European facilities for microgravity and life science research and applications. Proceedings of the 2n d European Symposium on the Utilisation of the International Space Station, ESTEC, Noordwijk, The Netherlands. 16-18 November 1998. URL: https://adsabs.harvard.edu/full/1999ESASP.433...55R (last accessed 21.05.2022).

13. Materials Science Laboratory (MSL). Material physics research facility in Destiny. URL: http://wsn.spaceflight.esa.int/docs/Factsheets/15%20MSL%20LR.pdf (last accessed 21.05.2022).

14. Космическое материаловедение. Введение в научные основы космической технологии: Пер. с англ. Под редакцией Фойербахера Б., Наумана Р. Й., Хамахера Г. М.: Мир, 1989. 478 с.

15. Rosenberger F., Banish M., Duval W. M. B. Vapor Crystal Growth Technology Development. NASA Technical Memorandum, December, 1991, №103786. URL: https://core.ac.uk/download/pdf/42814442.pdf (last accessed 25.05.2022).

16. Личевский Б. В. Вакуумная металлургия стали и сплавов. Изд-во «Металлургия», 1970. 258 с.

17. Самарин А. М. Вакуумная металлургия. Государственное научно-техническое издательство литературы по черной и цветной металлургии, 1962. 512 с.

18. Banhart J. And other Development of advanced foams under microgravity. Proceedings of the First International Symposium on Microgravity Research and Aplications in Physical Sciences and Biotechnology held 10-15 September, 2000, Sorrento, Italy. URL: https://articles.adsabs.harvard.edu/cgi-bin/ nph-iarticle_query?2001ESASP.454..589B&defaultprint=YES&filetype=.pdf (last accessed 20.05.2022).

19. Garcia-Moreno F., Banhart J. Metallic foam experiments under microgravity. URL: https://www.helmholtz-berlin.de/media/media/spezial/people/banhart/html/B-Conferences/b103_garcia2008.pdf (last accessed 20.05.2022).

20. Banhart J. Manufacture, characterisation and application of cellular metals and metal foams. Progress in Materials Science. 2001. Vol. 46. P. 559–632. https://doi.org/10.1016/S0079-6425(00)00002-5

21. Ashby M. F., Evans A. G., Fleck N. A., Gibson L. J., Hutchinson J. W., Wadley H.N.G. Metal Foams: A Design Guide. Woburn: Butterworth-Heinemann, 2000. 263 p.

22. Banhart J. Metal Foams: Production and Stability. Advanced Engineering Materials. 2006. №. 8(9). P. 781–794. https://doi.org/10.1002/adem.200600071

23. Патент США № US5073317, МПК B29D22/00. Large sphere production method and product. Brotz G. R. 384550. Заявл. 24.06.1989 ; опубл. 17.12.1991.

24. Патент США № US5507982, МПК B29C44/06. Method of large sphere production at zero gravity. Brotz G. R. 262509. Заявл. 20.07.1994 ; опубл. 16.04.1996.

25. Патент США № US 5693269, МПК B29C39/10. Sphere production process at zero gravity. Brotz G. R. 550004. Заявл. 26.10.1995 ; опубл. 02.12.1997.

26. Tamaru H., Koyama Ch., Saruwatari H., Nakamura Y., Ishikawa T., Takada T. Status of the Electrostatic Levitation Furnace (ELF) in the ISS-KIBO. Microgravity Science and Technology. 2018. Vol. 30. P. 643–651. https://doi.org/10.1007/s12217-018-9631-8

27. Electrostatic Levitation Furnace – ELF. JAXA. URL: https://iss.jaxa.jp/en/kiboexp/pm/pdf/elf_e_151120-2.pdf (last accessed 25.05.22).

28. Беляков И. Т. Технология в космосе. М.: Машиностроение, 1974. 292 с.

29. Бармин И. В., Горюнов Е. И., Егоров А. В. и др. Оборудование космического производства; Под общ. ред. В. П. Бармина. М.: Машиностроение, 1988. 256 с.

30. Мелуа А. И. Старт космической технологии. М.: Наука, 1990. 188 с.

31. Евич А. Ф. Индустрия в космосе. М.: Моск. Рабочий, 1978. 224 с.

32. Sivolella D. Space Mining and Manufacturing. Springer Nature Switzerland AG, 2019. 207 p. https://doi.org/10.1007/978-3-030-30881-0

33. Skomorohov R., Welch C., Hein A. M. In-orbit Spacecraft Manufacturing: Near-Term Business Cases Individual Project Report. International Space University. Initiative for Interstellar Studies. 2016. URL: https://hal.archives-ouvertes.fr/hal-01363589 (last accessed 20.05.2022).

34. Cozmuta I., Rasky D. J. Exotic Optical Fibers and Glasses: Innovative Material Processing Opportunities in Earth’s Orbit. New Space. 2017. Vol. 5, № 3. P. 121–140. https://doi.org/10.1089/space.2017.0016

35. Tucker D. S., Ethridge E. C., Smith G. A., Workman G. Effects of Gravity on ZBLAN Glass Crystallization. Annals New York Academy of Sciences. 2004. https://doi.org/10.1196/annals.1324.012

36. Patent USA № US10899651, IPC C03B37/02; C03B37/012; C03B37/025; C03B37/027; C03B37/029; C03B37/03; C03B37/07; C03C13/04; C03C25/105; C03C25/106; C03C25/6226; G02B6/02. System and method for manufacturing optical fiber. Clawson J., White R., Pickslay N., Snyder M., Powers G. Y., Paul-gin N. US16/045732; fil. 25.07.2018 ; publ. 26.01.2021.

37. Patent USA № US10927032, IPC C03B37/02; B01D29/56; B01D29/60; C03B37/012; C03B37/025; C03B37/027; C03B37/029; C03B37/03; C03B37/07; C03C13/04; C03C25/105; C03C25/106; C03C25/6226; G02B6/02. System and method for manufacturing optical fiber. Clawson J., White R., Pickslay N., Snyder M., Powers G. Y., Paul-gin N. US16/045730; fil. 25.07.2018 ; publ. 23.02.2021.

38. Bauer J., Hymer W. C., Morrison D. R. and other. Electrophoresis In Space. Advances in Space Biology and Medicine. 1999. Volume 7. P. 163–212. https://doi.org/10.1016/S1569-2574(08)60010-6

39. The Orbital Debris Quarterly News. NASA JSC Houston. 2021. Vol. 25, Iss. 1. P. 11.

40. Алпатов А. П., Гольдштейн Ю. М. Баллистический анализ распределения орбит космических аппаратов различного функционального назначения. Техническая механика, 2017. № 2. С. 33–41. https://doi.org/10.15407/itm2017.02.033

41. Алпатов А.П. Космический мусор: аспекты проблемы. Технічна механіка. 2018. № 1. С. 30–47. https://doi.org/10.15407/itm2018.01.030

42. Заявка на патент на винахід України № a202201533, МПК B64G 1/00, B64G 1/64, B23K 9/04. Спосіб переробки фрагментів космічного сміття природнього та штучного походження в елементи конструкції об’єктів космічної техніки та космічна індустріальна платформа для його здійснення / Алпатов А. П., Палій О. С. a202201533; заявл. 13.05.2022.

Copyright (©) 2022 Палий О. С.

Copyright © 2014-2022 Технічна механіка