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, 2021, 3, 70 - 82

СТАН РОЗРОБКИ ОРБІТАЛЬНИХ ІНДУСТРІАЛЬНИХ ПЛАТФОРМ

DOI: https://doi.org/10.15407/itm2021.03.070

Палій О. С.

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

      Мета статті – проведення аналізу стану розробки орбітальних промислових платформ та її компонент. В статті запропоновано загальний вигляд базової орбітальної промислової платформи, яка складається з: основних несучих конструкцій, бортових систем, бортового комплексу керування, бортових сервісних пристроїв, приймальних доків, модуля первинної переробки, модуля вторинної переробки, промислового модуля та складального модуля. Проведено аналіз стану розробки основних складових модулів орбітальної промислової платформи. Проведено аналіз технологічних процесів в умовах вакууму та невагомості та визначено, що в умовах космічного простору можливо виробляти нові матеріали та речовини з кращими характеристиками у порівнянні із земними аналогами. Найбільший інтерес щодо розробки технологічних процесів в умовах вакууму та невагомості і необхідного для цього обладнання проявляють США, Росія та країни ЄС. Показано, що на початковому етапі розвитку орбітальних промислових платформ сировина для виробництва унікальних матеріалів може поставлятися с Землі. При подальшому розвитку технологій стане можливим використання космічних ресурсів. Орбітальні промислові платформи є новим класом технічних систем. Для розробки математичної моделі орбітальної платформи та її складових наведено її функціональну схему, на якій показано основні функціональні зв’язки елементів платформи. Проблема розробки орбітальних промислових платформ, будучи комплексною, має широкий спектр різних аспектів вирішення. У зв'язку з необхідністю розробки науково-методичного забезпечення процесу створення орбітальних промислових платформ, виник комплекс наукових і технологічних завдань, породжених особливостями зазначеної проблеми. Цей комплекс включає розробку нових класифікаторів, конструктивних схем, математичних моделей та методів проєктування базової платформи та її складових модулів.
     

індустріалізація космосу, великі космічні конструкції, орбітальна індустріальна платформа, технологічні процеси в космосі

1. Алпатов А. П., Горбулін В. П. Космічні платформи для орбітальних промислових комплексів: проблеми і перспективи. Вісник НАН України, 2013, № 12. С. 26–38. https://doi.org/10.15407/visn2013.12.026

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

3. Alpatov A. P. Space debris: the aspects of the problem. Technical mechanics. 2018. № 1. С. 30–47. https://doi.org/10.15407/itm2018.01.030

4. Alpatov A. P., Goldstein Yu. M. Assessment of perspectives for the orbital utilization of space debris. Space Science and Technology. 2021. Т. 27, № 3. P. 3–12. https://doi.org/10.15407/knit2021.03.003

5. Edwards J. Goldman Sachs: space-mining for platinum is 'more realistic than perceived'. URL: https://www.businessinsider.com/goldman-sachs-space-mining-asteroid-platinum-2017-4 (last accessed 05.07.2021).

6. Белоножко П. П. Космическая робототехника: Опыт и перспективы развития. Воздушно-космическая сфера. 2018. № 1 (94). С. 84 – 93. https://doi.org/10.30981/2587-7992-2018-94-1-84-93

7. Белоножко П. П. Космическая робототехника: текущее состояние, долгосрочные цели и тенденции развития. Аналитический обзор. Наука и образование. Электронное научное издание. 2016. № 10. С. 110–153. https://doi.org/10.7463/1216.0853919

8. Белоножко П. П. Усовершенствованная сборка и обслуживание космических робототехнических модулей. Робототехника и техническая кибернетика. 2015. № 2 (7). С. 18–23.

9. Stockman B., Boyle J., Bacon J. International Space Station Systems Engineering Case Study. URL: https://www.nasa.gov/sites/default/files/atoms/files/design_iss_systems_engineering_case_study.pdf (last accessed 20.07.2021).

10. Пугаченко С.Е. Проектирование орбитальных станций. Руководство. M .: МВТУим. Баумана, 2009. 175 с.

11. Гапонов В. А., Железняков А. Б. Станция «Мир»: от триумфа к ... СПб. 2007. 380 с.

12. ARCHINAUT. Technology Overview. FOR SPACE, IN SPACE. Made In Space. URL: https://madeinspace.us/capabilities-and-technology/archinaut/ (last accessed 05.07.2021).

13. Bioemulsiya. TSNIIMASH. Coordinating Scientific and Technical Advisory Council. URL: https://tsniimash.ru/science/scientific-experiments-onboard-the-is-rs/cnts/experiments/bioemulsiya/ (last accessed 24.06.2021). (in Russian).

14. Вербицкая Н. Б., Добролеж О. В., Кобатов А. И., Петров Л. Н. Особенности получения и использования бактериальных пробиотиков на борту МКС в условиях длительных космических экспедиций. Космонавтика и ракетная техника. 2011. № 3 (64). С. 130–135.

15. Patent RF № RU 2425576, IPC A23C9/123; A61K35/75. Dry probiotically active biopreparation and method for production of fermented milk drink based on it. Kobatov А. I., Dobrolezh О. V., Verbitskaja N. B., Petrov L. N., Dobritsa V. P. 2010108378/10; filed 10.03.2010; publ. 10.08.2011, Bull. № 22.

16. Магнитный 3D-биопринтер. ЦНИИМАШ. Координационный научно-технический консультативный совет. URL: https://tsniimash.ru/science/scientific-experiments-onboard-the-is-rs/cnts/experiments/magnitnyy_3d_bioprinter/ (дата звернення 24.06.2021).

17. Mironov V., Visconti R. P., Kasyanov V., Forgacs G., Drake C. J., Markwald R. R. Organ printing: Tissue spheroids as building blocks. Biomaterials. 2009. Volume 30, Issue 12. P. 2164–2174. https://doi.org/10.1016/j.biomaterials.2008.12.084

18. BioFabrication Facility. NASA. URL: https://www.nasa.gov/mission_pages/station/research/experiments/ explorer/Facility.html#id=7599 (last accessed 24.06.2021).

19. About the 3D BioFabrication Facility (BFF). BioFabrication Facility. Techshot. URL: https://techshot.com/ bioprinter/ (last accessed 24.06.2021).

20. Astrovaccine. TSNIIMASH. Coordinating Scientific and Technical Advisory Council. URL: https://tsniimash.ru/science/scientific-experiments-onboard-the-is-rs/cnts/experiments/astrovaktsina/ (last accessed 24.06.2021). (in Russian).

21. Антиген. ЦНИИМАШ. Координационный научно-технический консультативный совет. URL: https://tsniimash.ru/science/scientific-experiments-onboard-the-is-rs/cnts/experiments/antigen/ (дата звернення 24.06.2021). (in Russian).

22. Aryl. ЦНИИМАШ. Координационный научно-технический консультативный совет. URL: https://tsniimash.ru/ science/scientific-experiments-onboard-the-is-rs/cnts/experiments/aril/ (дата звернення 24.06.2021).

23. BIF. ЦНИИМАШ. Координационный научно-технический консультативный совет. URL: https://tsniimash.ru/science/scientific-experiments-onboard-the-is-rs/cnts/experiments/bif/ (дата звернення 24.06.2021).

24. Vaktsina-K. ЦНИИМАШ. Координационный научно-технический консультативный совет. URL: https://tsniimash.ru/science/scientific-experiments-onboard-the-is-rs/cnts/experiments/vaktsina_k/ (дата звернення 24.06.2021). (in Russian).

25. POP3D printer. ESA. URL: https://www.esa.int/ESA_Multimedia/Images/2014/11/POP3D_printer (last accessed 23.06.2021).

26. Patent USA № US10759089, IPC B29B17/00; B29C48/285; B29C48/92; B29C64/106; B29C64/357; B33Y10/00; B33Y40/00; B33Y70/00; C22B1/00. Recycling materials in various environments including reduced gravity environments. Snyder M., Dunn J., Kemmer A., Gonzalez E. US16/105966; filed 20.08.2018; publ. 09.01.2020.

27. Patent USA № US10099467, IPC B33Y80/00; C25B1/04; C25B9/06; C25B15/02. 3D printed environmental control and life support system. Snyder M., Riley D. US15/155216; filed 16.05.2016; publ. 16.10.2018.

28. 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; filed 25.07.2018; publ. 26.01.2021.

29. 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; filed 25.07.2018; publ. 23.02.2021.

30. Patent USA № US10953571, IPC B29C33/38; B22D17/14; B22D17/20; B22D17/22; B29C64/118; B29C33/40. Metal casting methods in microgravity and other environments. Snyder M., Napoli M., Dunn J., Kemmer A. US14/555234; filed 26.11.2014; publ. 23.03.2021.

31. Patent USA № US10675811, IPC B29C64/10; B29C64/106; B29K101/12. Additive manufacturing of extended structures. Kemmer A., Snyder M., Chen M., Dunn J. US16/105964; filed 20.08.2018; publ. 06.09.2020.

32. Patent USA № US10751988, IPC B33Y30/00; B29D11/00; B33Y10/00; B33Y80/00. Additive manufactured waveguides. Snyder M., Chen M., Dunn J. US15/372204; filed 12.07.2016; publ. 08.05.2020.

33. Patent USA № US10350820, IPC B29C64/20; B29C64/106; B29C64/141; B29C64/386; B33Y10/00; B33Y30/00; B33Y40/00; B33Y50/02. Remote operations of additive manufacturing devices. Chen M., Snyder M., Dunn J. Kemmer A. US14/520154; filed 21.10.2014; publ. 16.07.2019.

34. Patent USA № US10086568, IPC B29C67/00; B29C64/386; G05B19/4099; B33Y50/02. Seamless scanning and production devices and methods. Snyder M., Dunn J., Kemmer A., Chen M. US14/860085; filed 21.09.2015; publ. 10.02.2018.

35. Patent USA № US10640237, IPC B64G1/10; B33Y80/00; B64G1/00; B64G99/00. Spacecraft having electronic components as structural members and related methods. Dunn J., Snyder M. US14/596999; filed 14.01.2015; publ. 05.05.2020.

36. Patent USA № US10307970, IPC B33Y40/00; B29C64/00; B29C64/165; B29C67/00; B29L9/00; B33Y10/00; B33Y30/00. In-situ resource preparation and utilization methods. Snyder M., Dunn J. US14/628040; filed 20.02.2015; publ. 06.04.2019.

37. Patent USA № US10401832, IPC B29C67/00; B29C64/106; B29C64/20; B29C64/35; B29C70/68; B33Y10/00; B33Y30/00; B33Y40/00; G05B19/4099. Terrestrial and space-based manufacturing systems. Snyder M., Dunn J. US14/628040; filed 20.02.2015; publ. 06.04.2019.

38. In-Space Manufacturing. In-space services. Tether Unlimited Inc. URL: https://www.tethers.com/ in-space-services/ (last accessed 23.06.2021).

39. NASA installs tether refabricator aboard iss for in-space 3d printing. 3D Printing Industry. URL: https://3dprintingindustry.com/news/nasa-installs-tether-refabricator-aboard-iss-for-in-space-3d-printing-148728/ (last accessed 23.06.2021). 40. Ignatiev A. Advanced thin-film materials processing in the ultra-vacuum of space. Acta Astronautica. 2001. Volume 48, Issues 2–3. P. 115–120. https://doi.org/10.1016/S0094-5765(00)00148-X

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

42. Блинов В. В., Владимиров В. М., Кушнарев Н. А., Никифоров А. И., Придачин Д. Б., Пчеляков Д. О., Пчеляков О. П., Скороделов В. А., Соколов Л. В. Выращивание полупроводниковых структур для высокоэффективных солнечных батарей в открытом космосе. Космические аппараты и технологии. 2020. Т. 4. № 1. С. 45–54. https://doi.org/10.26732/j.st.2020.1.06

43. Blinov V. V., Vladimirov V. M., Kulinich S. N., Nikiforov A. I., Pridachin D. B., Pchelyakov D. O., Pchelyakov O. P., Sokolov L. V., Yarockiy D. V. Equipment for growing semiconductor heterostructures in outer space. Космические аппараты и технологии. 2021. Т. 5. № 2. С. 110–115. https://doi.org/10.26732/j.st.2021.2.06

44. Best in class flouride-based fiber for medical, telecom and research. Fiber optics. Made In Space. URL: https://madeinspace.us/capabilities-and-technology/fiber-optics/ (last accessed 23.06.2021).

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

46. Kovacik J., Minarikova N, Emmer S. and other. Titanium solar metallurgy - Earth and Space. 9th EASN International Conference on “Innovation in Aviation & Space”, 17 December 2019, MATEC Web Conf. URL: https://www.matec-conferences.org/articles/matecconf/pdf/2019/53/matecconf_easn2019_07005.pdf (last accessed on 25.07.2021).

47. Березин А. Компания, созданная в США по добыче полезных ископаемых в космосе. URL: https://ru-universe.livejournal.com/466637.html (дата звернення 05.07.2021).

48. Mission success: Arkyd-6 tests key technologies for commercial space resource exploration. URL: https://spacenewsfeed.com/index.php/news/1233-mission-success-arkyd-6-tests-key-technologies-for-commercial-space-resource-exploration (last accessed 05.07.2021).

49. Planetary Resources And The Government Of Luxembourg Announce €25 Million Investment And Cooperation Agreement. URL: https://www.spaceforum.com/blog/planetary-resources-and-the-government-of-luxembourg-announce-25-million (last accessed 05.07.2021).

50. Patent USA № US9266627, IPC B64G1/24; B64G1/66. Method, apparatus, and system for asteroid prospecting and mining. Anderson E., Diamandis P. H., Lewicki C., Voorhees C. US13/869643; filed 24.04.2013; publ. 23.02.2016

51. Patent USA № US 9409658, IPC B64G99/00; B64G1/00; B64G1/24; B64G1/62; C22B9/00; E21C51/00. Space-based structures and methods of delivering space-sourced materials. Diamandis P. H., Anderson E., Lewicki C., Voorhees C. US14/218430; filed 03.18.2014; publ. 08.09.2016.

52. Prospector-1 –first commercial interplanetary mining mission. By Deep Space Industries. URL: https://phys.org/news/2016-08-prospector-1first-commercial-interplanetary-mission.html (last accessed 05.07.2021).

53. Asteroid Retrieval Feasibility Study. Prepared for the: Keck Institute for Space Studies California Institute of Technology Jet Propulsion Laboratory Pasadena, California. 2 April 2012. 51 p. URL: https://kiss.caltech.edu/ final_reports/Asteroid_final_report.pdf (last accessed 05.07.2021).

54. Patent USA № US 10307970, IPC B33Y40/00; B29C64/00; B29C64/165; B29C67/00. In-situ resource preparation and utilization methods. Snyder M., Dunn J. US14/628040; filed 20.02.2015; publ. 04.06.2019.

55. The Orbital Debris Quarterly News. NASA JSC Houston. 2020. Vol. 24, № 2. P. 11.

56. Patent USA № US3781647, IPC B64G1/42; B64G1/44; H02J17/00; H02N6/00; H02S99/00. Method and apparatus for converting solar radiation to electrical power. Glaser P. US05/165893; filed 26.07.1971; publ. 25.12.1973.

57. SPS-ALPHA: The First Practical Solar Power Satellite via Arbitrarily Large Phased Array (A 2011-2012 NASA NIAC Phase 1 Project). Final Report. Principal Investigator Mr. John C. Mankins. Artemis Innovation Management Solutions LLC, Santa Maria, California, 15 September 2012. URL: https://ntrs.nasa.gov/api/citations/ 20190002466/downloads/20190002466.pdf. (last accessed 21.07.2021).

58. Sysoev V. K., Barabanov A. A., Dmitriev A. O., Nesterin I. M., Pichkhadze К. М., Suymenbaev B. T. Analysis of demonstration solar power space station layout scheme. Proceedings of the MAI, Electronic journal URL: http://trudymai.ru/published.php?ID=52959 (last accessed 24.06.2021). (in Russian).

59. Here comes the sun: space-based solar power is on the horizon. URL: https://www.power-technology.com/ comment/here-comes-the-sun-space-based-solar-power-is-on-the-horizon/ (last accessed 24.06.2021).

60. SpaceLogistics. Our Life Extension Services. Mission Extension Vehicle. Northrop Grumman. URL: https://www.northropgrumman.com/space/space-logistics-services/ (last accessed 21.06.2021).

Copyright (©) 2021 Палій О. С.

Copyright © 2014-2021 Технічна механіка