ИЛЛЮСТРАЦИИ НЕ ЗАКАЧАНЫ НА САЙТ. ИХ ДЕМОНСТРАЦИЯ ЧЛЕНАМ ЖЮРИ НЕ ГАРАНТИРОВАНА! СМ.ОБРАЗЕЦ! (Мод.)

Автор: Аветин Вадим Андреевич
Возраст: 16 лет
Место учебы: ГБОУ СОШ 621
Город, регион: Санкт-Петербург
Руководитель (Ф.И.О., место работы) Суева Татьяна Игоревна

Теоретические и инженерные основы
аэрокосмической техники

Данная исследовательская работа посвящена изучению теоретических и инженерных основ аэрокосмической техники. Цель работы - рассмотреть принципы функционирования и применения аэрокосмических технологий в современном мире.

Аэрокосмическая техника включает в себя планирование, создание и производство космических кораблей, самолётов и связанных с ними машин и систем. 

Актуальностью темы мы определили то, что космическая индустрия все больше развивается, и многие наболевшие проблемы Земли уже можно решить с помощью космических технологий, что, действительно, важно.

Цель и задачи исследования узнать больше

1. Теоретические основы аэрокосмической техники

Некоторые основные понятия и определения в теоретических основах аэрокосмической техники:

• Аэроакустика — раздел акустики, изучающий генерацию шума за счёт турбулентного движения жидкости или аэродинамических сил, взаимодействующих с поверхностями. 3
• Аэробрейкинг — манёвр космического полёта, который уменьшает верхнюю точку эллиптической орбиты путём прохождения транспортного средства через атмосферу в нижней точке орбиты. 
• Аэрозахват — манёвр перевода с орбиты, используемый для снижения скорости космического аппарата с гиперболической траектории на эллиптическую орбиту вокруг целевого небесного тела. 
• Аэродинамика — изучение движения воздуха, особенно в отношении его взаимодействия с твёрдым объектом, таким как крыло самолёта. 
• Аэроупругость — раздел физики и техники, изучающий взаимодействия между силами инерции, упругости и аэродинамики, возникающие при воздействии на упругое тело потока жидкости. 
• Аэронавтика — наука или искусство, связанное с изучением, проектированием и производством летательных аппаратов, способных летать, а также методов управления летательными аппаратами и ракетами в атмосфере. 
• Аэрокосмическая инженерия — основная область инженерии, связанная с разработкой самолётов и космических аппаратов. 
• Аэрокосмические материалы — материалы, часто металлические сплавы, которые либо были разработаны для использования в аэрокосмических целях, либо приобрели известность благодаря их использованию.

Некоторые этапы развития аэрокосмических технологий:

1. Зарождение. В конце XIX — начале XX веков можно наблюдать зарождение аэрокосмической техники как науки. Например, сэр Джордж Кейли первым выделил понятия подъёмной силы и лобового сопротивления, влияющие на любой летательный аппарат в атмосфере. 

2. Развитие авиационной техники в 1910-е годы. Это произошло в результате необходимости в разработке военных самолётов для Первой мировой войны.

3. Первое определение аэрокосмической техники. Оно появилось в феврале 1958 года и объединяло атмосферу Земли и космическое пространство в единую сферу, охватывая как самолёты, так и космические аппараты. 

4. Запуск первого искусственного спутника Земли. Это произошло 4 октября 1957 года в СССР с аппаратом «Спутник-1».

5. Первый полёт человека в космос. Он состоялся 21 апреля 1961 года на космическом корабле «Восток-1».

6. Первый полёт человека на Луну. Это произошло в 1969 году на корабле «Аполлон-11».

В дальнейшем были достигнуты большие успехи в строительстве космических аппаратов для пилотируемых полётов, например корабль «Восток-1» стал первым космическим кораблём с человеком на борту (Юрий Алексеевич Гагарин), и изучения спутников и планет, например луноход «Луноход-1», марсоходы «Спирит», «Оппортьюнити», «Чжужун», а также дальнего космоса («Вояджер», «Новые горизонты»). 

Принципы работы аэрокосмических систем основаны на дистанционной регистрации и последующем анализе идущего от Земли электромагнитного излучения.

С помощью таких методов исследуют атмосферу, земную поверхность, океаны, верхний слой земной коры с воздушных и космических носителей. Это позволяет определить точное географическое положение изучаемых объектов и явлений, а также получить их качественные и количественные биогеофизические характеристики. 

Некоторые другие принципы работы аэрокосмических систем:

• Использование систем ретрансляции. Они направляют мощное лазерное излучение на различные воздушные или космические объекты, оснащённые приёмными фотоэлектрическими панелями, которые преобразуют лазерное излучение в электрический ток. 
• Управление по наземным и космическим каналам связи. Это происходит по радио- или оптическому диапазонам. 

3. Инженерные основы аэрокосмической техники

Проектирование и разработка аэрокосмических аппаратов - это многогранный процесс, включающий в себя создание самолетов, спутников, ракет, космических кораблей и других технически сложных устройств, предназначенных для путешествий и исследований в атмосфере Земли и в космосе.

Для успешного проектирования и разработки аэрокосмических аппаратов требуется широкий спектр знаний и навыков, включая аэродинамику, механику, электронику, программирование, материаловедение и многие другие области науки и техники.

Процесс создания аэрокосмических аппаратов начинается с определения целей и требований заказчика, после чего проводится анализ технических возможностей и разработка концептуального дизайна. Затем происходит создание детальных чертежей, расчетов и испытаний моделей, а затем производится сборка и тестирование готового устройства.

Проектирование и разработка аэрокосмических аппаратов играют важную роль в развитии технологий и улучшении условий жизни на Земле, позволяя проводить исследования космоса, связь, наблюдение за климатическими изменениями, спасательные миссии, а также развивать технологии беспилотных летательных аппаратов и других инновационных решений.

Некоторые технические характеристики и параметры космических объектов: 

• Международная космическая станция (МКС)::
  • масса: 440 075 кг; 
  • длина: 109 м; 
  • ширина (с фермами): 73,15 м; 
  • высота: 27,4 м; 
  • жилой объём: 388 м³; 
  • давление: 1 атм; 
  • температура: в среднем ~26,9 °C; 
  • электрическая мощность солнечных батарей: 75–90 кВт. 

• Космический аппарат «Канопус»:
  • высота орбиты: 510 ± 10 км; 
  • тип орбиты: солнечно-синхронная орбита; 
  • наклонение плоскости орбиты: 97,4 град; 
  • период обращения: 5688 с; 
  • масса космического аппарата (с полезной нагрузкой): 465 кг; 
  • масса комплекса целевой аппаратуры: 106 кг. 

Методы испытаний и контроля качества аэрокосмической техники:

• Проектно-конструкторские испытания. Используются для проверки и оценки новых идей проектирования, обоснования и подтверждения структурных и эксплуатационных ограничений, оценки ремонтопригодности и надёжности. 
• Квалификационные испытания. Проводят, чтобы подтвердить соответствие техники техническим требованиям и наличие необходимого запаса прочности. 
• Приёмочные испытания. Выявляют скрытые дефекты материалов или изготовления, появившиеся в процессе производства и сборки, путём измерения функциональных и рабочих параметров. 
• Протолётные испытания. Оценивают методы проектирования и изготовления аппаратных средств с целью их приёмки для полётов. 
• Предстартовые проверочные испытания. Демонстрируют, что транспортировка и обращение с космическим аппаратом не вызывают изменения его параметров. 
• Испытания на прочность. Направлены на определение значений факторов, воздействие которых приводит к разрушению объекта или выходу его свойств за установленные пределы. 
• Функциональные испытания. Проводятся для определения технических характеристик изделия, характеризующих его функционал (назначение). 
• Испытания на надёжность. Предусматривают определение параметров безотказности, работоспособности, долговечности, ремонтопригодности, сохраняемости, транспортабельности. 
• Испытания на безопасность. Проводят для проверки качества изготовления изделия, обеспечивающего его потребителю безопасную работу даже в случае небрежного с ним обращения. 

Области применения аэрокосмической техники в современном мире:

• Освоение космоса. Правительства и частные компании разрабатывают ракеты и космические корабли нового поколения для полётов на Марс и за его пределы. Также активно развиваются такие инициативы, как космический туризм, добыча полезных ископаемых на астероидах и колонизация Луны. 
• Оборона. Аэрокосмическая техника играет решающую роль в разработке современных истребителей, дронов и систем наблюдения. 
• Транспорт. Проектирование и производство самолётов, разработка более эффективных двигателей для снижения расхода топлива и выбросов. 
• Глобальная связь и мониторинг погоды. Спутники поддерживают глобальную связь, а также помогают в метеорологии и исследовании космоса. 
• Наука. Космическая техника используется в астрономии и других науках.

Таким образом, изучение теоретических и инженерных основ аэрокосмической техники позволяет глубже понять принципы функционирования и развития современной авиационно-космической отрасли. Исследование данных аспектов не только расширяет наши знания о технических возможностях и принципах работы аэрокосмических систем, но и способствует дальнейшему развитию данной сферы и повышению безопасности и эффективности авиационных и космических полетов. Выводы данного исследования могут быть использованы для улучшения конструкции и проектирования аэрокосмических технологий, а также для обучения будущих специалистов в данной области.

1. "Основы аэрокосмической техники" Александров В.Б., 2010
2. "Теоретические основы аэрокосмической техники" Борисов В.Н., 2016
3. "Инженерные методы аэрокосмической техники" Кравченко Д.В., 2014
4. "Проектирование и расчет аэрокосмической техники" Попов С.А., 2018
5. "Механика и термодинамика аэрокосмической техники" Горшков А.П., 2013