Заметки инженера - исследователя
843 subscribers
329 photos
47 videos
20 files
1.32K links
Космонавтика без гламура.

Интересы, социальные тенденции, идеологические течения, в которые она вписана.

Сословный долг ученого - осмысление происходящего. Поэтому тематика канала резко шире чем только космонавтика.

Обратная связь: @IngeniumNotes_bot
Download Telegram
May 29, 2024
Какой мощности двигателя хватит для работы спутника на сверхнизких орбитах?

Это одна из ключевых проблем, стоящая на пути создания данных систем.

Мощность солнечных батарей, используемых в космонавтике, находится на уровне порядка 120 Вт/м2. Условия освещения далеко не всегда будут оптимальными. Половину времени Солнца нет. Солнечные батареи со временем деградируют. Допустим, средняя мощность в четыре раза меньше - порядка 30 Вт/м2.

Соответственно, при средней мощности двигателя 300 Вт площадь солнечных батарей должна составлять порядка 10 м2, при мощности 1 кВт - 30 м2 и т.д.

А сколько вообще нужно? Год назад в СМИ говорили о том, что мощность - порядка 1 кВт. Но во-первых это СМИ, во-вторых - это очень растяжимая оценка.

Давайте попробуем изучить вопрос более строго, с опорой на вменяемые источники.

Первый источник - статья "Использование разреженных газов атмосферы земли в качестве рабочего тела для электроракетной двигательной установки" (2021 г), автор - Д.А. Бондаренко (ВНИИЭМ). План статьи следующий. Вначале строится модель атмосферы. Затем рассчитывается сопротивление атмосферы - для объекта миделем 40 см. В зависимости от высоты (от 160 км до 200 км) и условий, она меняется в пределах от 2 мН до 8 мН.

Затем вводится важнейший параметр - коэффициент эффективности сбора набегающего потока - назовем его k. Автор пишет, что хотя некоторые и берут его значение равным 0,9, сам он придерживается куда более консервативной оценки - 0,35. После чего рассчитывается необходимый удельный импульс электроракетного двигателя I. Для:
k = 0,9 - I = 820 с
k = 0,5 - I = 1480 с
k = 0,35 - I = 2100 с

Далее открываем статью журнала "Труды МАИ", посвященную стационарным плазменным двигателям (СПД) и видим, что СПД дают необходимый удельный импульс лишь при большой мощности - условно от 1,5 кВт. Но такой I достигается лишь при определенных благоприятных параметрах работы. Для того, чтобы расширить диапазон параметров - необходимо повышать мощность до уровня порядка 5 кВт.

Остаются ионные двигатели. Бондаренко закладывает в оценки КПД двигателя на уровне 50%. С учетом этого, в зависимости от условий, мощность двигателя должна составлять от 50 Вт до 150 Вт при коэффициенте сбора k = 0,35. Далее Бондаренко добавляет еще 150 Вт - на нейтрализацию потока, системы питания, управления и т.д. В итоге получается мощность 300 Вт.

Следующий источник - диссертация М.О. Суворова (МАИ) "Тяговый узел прямоточного воздушного электрореактивного двигателя" (2018 г.)

В ней он, со ссылкой на ЦАГИ, пишет, что: "Для аппарата миделем 1м2 на высоте орбиты 220 км, тяговом КПД равном 15% ... мощность, потребляемая двигателем не должна превышать 1 кВт".
Пересчет показывает, что это примерно в пять раз выше оценки, которую сделал Бондаренко.

Далее Суворов обосновывает, что использоваться может только высокочастотная схема ионного двигателя (из-за наличия кислорода).

И уже в этот момент мы нарушаем предположение, которое в своих выкладках сделал Бондаренко. Расчеты и испытания показывают, что для двигателей малой мощности (а 150 Вт - это еще малая мощность) КПД существующих ионных двигателей находится на уровне около 40%. При этом "атмосферный" двигатель большую часть времени функционировать будет далеко не на оптимальном режиме работы.

Обосновав выбор схемы, Суворов переходит к описанию устройства модели прямоточного двигателя и публикует много его фотографий. А на 138 странице диссертации - приводит график зависимости тяги от мощности, измеренной в стендовом эксперименте. Для тяги 6 мН мощность составляет 600 Вт (где-то в 5 раз выше оценки Бондаренко), для 10 мН - около 1 кВт - что согласуется с оценками ЦАГИ.

Далее. Диссертация С.В. Гордеева (МАИ) "Газоразрядная камера прямоточного высокочастотного ионного двигателя" (2022 г). В ней описание ряда особенностей таких двигателей. Один из выводов - ускоряющем напряжении в двигателе не может превышать уровня порядка 600 В из-за пробоя.

#VLEO
May 30, 2024
May 30, 2024
May 31, 2024
Последние дни развернулось обсуждение Законопроекта № 578594-8 о государственно-частном партнерстве в сфере космической деятельности.

Понять что-то из этого обсуждения я так и не смог. Поэтому посмотрел на сайте Государственной Думы материалы по этому законопроекту.

__________________
(Добавил в текст цифры в скобках со звездочками и подчеркивания для упрощения восприятия.)

Первый документ.

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА
Необходимость принятия законопроекта обусловлена потребностью (1*) развития предпринимательской космической деятельности в Российской Федерации, (2*) создания благоприятных условий для привлечения частных инвестиций в развитие российской космической отрасли, (3*) повышения конкурентоспособности частных российских космических предприятий на мировом рынке, (4*) развития российских космических технологий.

Потребность в распространении механизмов государственного частного партнерства <...> связана с необходимостью привлечения российских частных космических предприятий к развертыванию и поддержанию полномасштабных орбитальных группировок космических аппаратов, обеспечивающих удовлетворение в полном объеме прогнозируемых потребностей социально-экономической сферы и науки в результатах космической деятельности, а также к участию в освоении и развитии Арктики. В современных условиях эффективное развитие такого сложного региона, как Арктика, не представляется возможным без внедрения передовых технологий в области дистанционного зондирования Земли, спутниковой связи и навигации.
<...>
В результате принятия законопроекта предполагается (1*) разрешить задачи привлечения инвестиций в развитие российской космической отрасли, (2*) увеличения доли участия российских частных компаний на мировом рынке космической деятельности. Кроме того, принятие законопроекта обеспечит возможность создания для Российской Федерации полноценной орбитальной группировки космических аппаратов, способной, среди прочего, (3*) решать задачи по оперативному мониторингу Арктической зоны.

Второй документ.

ФЕДЕРАЛЬНЫЙ ЗАКОН
<...> На космические аппараты и объекты наземной космической инфраструктуры, относящиеся к спутниковым навигационным системам и созданные с использованием средств федерального бюджета в рамках соглашения о государственно-частном партнерстве, может возникать право собственности частного партнера. <...>
__________________

В пояснительной записке приоритеты при обосновании необходимости закона расставляются следующим образом. Первые три - помощь частным компаниям, и только четвертый - развитие космонавтики. В ответ - предполагается, что не государственные организации начнут инвестировать в развитие космической отрасли.

В качестве приоритетных задач, которые, исходя из текста законопроекта, будут решать частные организации, - "оперативный мониторинг Арктической зоны", а также системы навигации.

Кто занимается Арктикой? Портал "Нефтегаз", 25 мая 2022: "Росатом добился монополии на СМП. Вместо инфраструктурного оператора магистрали, корпорация будет полностью контролировать морскую магистраль".

Кто всегда хотел зарабатывать на Глонасс? АФК Система. (Первое что попалось по запросу "АФК Система Глонасс".)

Что, в принципе, логично. На фоне идет налоговая реформа, и правительство разоткровенничалось на тему уровня доходов населения. Если доходом выше 10 млн рублей в год обладают 167 тыс. человек, а 10 млн в год - этого, мягко говоря, недостаточно для начала космического бизнеса, - то кто может его вести? Непонятно только почему пропагандисты закона используют аргументацию времен перестройки навроде "частник придет, порядок наведет, будут молочные реки и кисельные берега"? Мы же все видим, что частник "не хочет в ТС, а хочет" глобализироваться, не мытьем так катаньем. Причем глобализироваться - если не в ЕС, то хоть в Дубаи. На тот же иранский рынок выходить не сильно кто-то хочет (см. выше).

И да, если спутники и т.д. субсидируются государством - то это что угодно, но не "работа на свои". Не надо использовать этот аргумент.
May 31, 2024
May 31, 2024
Forwarded from Спутник ДЗЗ
June 1, 2024
June 3, 2024
June 3, 2024
June 4, 2024
June 4, 2024
June 4, 2024
June 5, 2024
Forwarded from Ядерный буревестник
June 5, 2024
​​То ли большие игроки решили что пора уже сдувать ИИ-шный экономический пузырь, то ли какие-то внутризападные конфликты обострились, но в последние недели из каждого утюга стало слышно о том, что "внезапно оказалось", что ИИ на графических процессорах потребляет слишком много энергии.

Но что для одного огорчение, то для другого возможность. И уже MIT Technology Review вдруг вспомнил, что не едиными графическими процессорами жив нейросетевой ИИ. И что вполне можно собирать такие системы на "аналоговом компьютере".

Издание рассказывает о лаборатории Сэма Диллавоу в Пенсильванском университете, в котором исследуют возможность использования схем, состоящих из резисторов, для выполнения простых задач классификации в машинном обучении. В такой системе в общем-то только одно большое преимущество: потенциальная экономия энергии.

"Диллавоу объясняет потенциальную экономию энергии следующим образом: цифровые чипы, такие как графические процессоры, расходуют энергию "квантовано", "квант" энергии на одну операцию. Поэтому создание чипа, способного выполнять больше операций в секунду, просто означает, что чип потребляет больше энергии в секунду. Напротив, энергопотребление аналогового компьютера зависит от продолжительности его работы. Если сделать аналоговый компьютер вдвое быстрее, он также стал бы вдвое энергоэффективнее. ... В настоящее время на обучение большой языковой модели уходит столько же энергии, сколько ежегодно потребляет более сотни домов в США. Диллавоу надеется, что его разработка предлагает альтернативный, более энергоэффективный подход к созданию более быстрого искусственного интеллекта".

"Обучение устройства предполагает использование второй идентичной схемы для “инструктирования” первого устройства. Обе схемы начинаются с одинаковых значений сопротивления для каждого из 32 переменных резисторов. Диллавоу подает на обе схемы одинаковые входные сигналы, и регулирует выходное напряжение второй схемы в соответствии с требуемым выходным сигналом. Первая схема получает обратную связь от второй схемы, и обе схемы регулируют свои сопротивления таким образом, чтобы они сходились на одних и тех же значениях. Цикл начинается снова с нового ввода, пока схемы не установят набор уровней сопротивления, которые обеспечивают правильный вывод для обучающих примеров. По сути, команда обучает устройство с помощью метода, известного как контролируемое обучение, при котором модель искусственного интеллекта обучается на основе помеченных данных, чтобы предсказать метки для новых примеров."

(Продолжение следует.)

На фото ниже - описываемое устройство "в железе".
June 6, 2024
June 6, 2024
Forwarded from Спутник ДЗЗ
June 6, 2024