Проекты

Модель межпланетного космического корабля с оптимальным двигателем

Работа призёра конкурса проектов и исследований «Инженеры будущего» открытой городской научно-практической конференции «Инженеры будущего» в секции «3D-моделирование, 3D-печать и VR/AR-технологии»

Направление работы: Прикладная физика, 3D-моделирование, Космические технологии, Инженерное дело, Специальное машиностроение
Авторы работы: ГБОУ Бауманская инженерная школа № 1580
Предметы: Физика, Информатика
Классы: 8 класс
Мероприятия: Конкурс проектов и исследований «Инженеры будущего» открытой городской научно-практической конференции «Инженеры будущего» 2021 года

Актуальность

С момента запуска первого космического спутника человечество освоило околоземное пространство и единичные полёты на Луну, а сегодня готовится к межпланетным перелётам, для осуществления которых в настоящее время располагает недостаточным количеством технических средств.

Цель

Создать модель межпланетного космического корабля с оптимальным двигателем.

Задачи

  1. Изучить используемые химические ракетные двигатели и их принципы работы.
  2. Изучить перспективные ракетные двигатели и их принципы работы.
  3. Проанализировать преимущества и недостатки различных типов двигателей.
  4. Определить оптимальный набор двигателей для пилотируемых межпланетных космических кораблей (МКК) и автоматических межпланетных зондов.
  5. Создать схему и 3D-модель межпланетного космического корабля с оптимальным двигателем.
  6. Провести подготовку модели к печати на 3D-принтере.

Оснащение и оборудование, использованное при создании работы

  • ПК
  • Paint 3D
  • САПР Autodesk Inventor Professional
  • 3D-принтер
  • пластик PLA
  • инструменты для механической постпечатной обработки деталей (шлифовки)

Описание

Автор предоставил анализ существующих технологических решений в области создания двигателей космических кораблей; предложил конструктивно-компоновочную схему пилотируемого МКК с использованием различных типов двигателей; создал трёхмерную модель МКК при помощи САПР Autodesk Inventor Professional.

Выводы

1. Для массивных пилотируемых межпланетных космических кораблей больше всего подходят ядерные и электрические двигатели. Солнечный парус может быть использован в пилотируемом МКК в качестве корректора курса;

2. Для межпланетных автоматических зондов наиболее подходящими являются электрические двигатели и солнечный парус;

3. Наиболее перспективными могут стать двигатели, разработанные на стыке уже известных типов двигателей. Например, ядерная электродвигательная установка (ЯРД + ЭРД), в которой нет утечки радиации в окружающую среду;

4. Химические двигатели могут быть использованы в пилотируемых МКК в качестве запасных и резервных;

5. Созданная при помощи САПР модель позволяет демонстрировать разработанную в ходе исследования компоновку межпланетного корабля и создать материальный макет при помощи 3D-принтера.

Методы

1.Теоретические (анализ научной литературы; классификация и сравнение видов двигателей; обобщение и формулирование выводов);

2. Эмпирические (моделирование: построение МКК с помощью программ «Paint 3D» и САПР – «Autodesk Inventor Professional», печать на 3D-принтере; при необходимости – инструменты для постпечатной механической обработки деталей при сборке).

Этапы работы

  1. Изучение научной литературы по данному вопросу
  2. Построение в программе Paint 3D схемы МКК
  3. Создание деталей МКК в Autodesk Inventor Professional
  4. Создание сборки МКК
  5. Создание чертежа МКК
  6. Подготовка деталей к 3D-печати
  7. 3D-печать
  8. Постпечатная механическая обработка деталей 
  9. Сборка деталей в готовую модель
  10. Подведение итогов работы. Выводы

Непосредственно автором изучена литература по данной тематике, выполнена схема МКК, созданы детали и сборка МКК в Autodesk Inventor Professional, подготовка к 3D-печати и 3D-печать.

Результаты работы/выводы

1. Представлен анализ существующих технологических решений в области создания двигателей космических кораблей.

2. Предложена конструктивно-компоновочная схема пилотируемого МКК с использованием различных типов двигателей.

3.Создана трёхмерная модель МКК при помощи САПР Autodesk Inventor.

Перспективы использования результатов работы

Усовершенствование модели корабля;

Проведение дальнейших исследований с макетом;

Применение двигателей при проектировании компактных межпланетных автоматических зондов, пилотируемых межпланетных космических кораблей;

Разработка материалов для изготовления корпуса межпланетных космических кораблей.