Регистрация / Вход
Прислать материал

Создание высокоэффективных исполнительных органов системы ориентации малых и сверхмалых космических аппаратов и экспериментального стенда для их наземной отработки

Номер контракта: 14.574.21.0103

Руководитель: Алифанов Олег Михайлович

Должность: г.н.с., зав. кафедрой

Организация: федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет)"
Организация докладчика: федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет)"

Аннотация скачать
Постер скачать
Ключевые слова:
малый космический аппарат, сверхмалый космический аппарат, система ориентации и стабилизации космического аппарата, исполнительные органы, бортовое программное обеспечение

Цель проекта:
Разработка методов, научно-технических решений и технологий создания высокоэффективных исполнительных органов системы ориентации малых и сверхмалых космических аппаратов на различных физических принципах.

Основные планируемые результаты проекта:
В ходе проекта будут достигнуты следующие основные результаты:
- результаты теоретических исследований процесса функционирования малых космических аппаратов (МКА), учитывающего функциональное взаимодействие исполнительных органов системы ориентации и их системы управления, а также требования к исполнительным органам и их целевым параметрам для космических аппаратов массой 50-150 кг.;
- научно- технические решения исполнительных органов перспективных систем обеспечения ориентации для малых и сверхмалых космических аппаратов;
- результаты исследовательских испытаний экспериментального образца исполнительного органа системы ориентации малых и сверхмалых космических аппаратов.

Краткая характеристика создаваемой/созданной научной (научно-технической, инновационной) продукции:
В ходе выполнения проекта должна быть получена следующая основная научно-техническая (инновационная) продукция:
- эскизная конструкторская документация на экспериментальный образец исполнительного органа системы ориентации малых и сверхмалых космических аппаратов;
- эскизная конструкторская документация на стенд для отработки исполнительных органов системы ориентации малых и сверхмалых космических аппаратов;
- технологическая документация на изготовление стенда для отработки исполнительных органов системы ориентации малых и сверхмалых космических аппаратов;
- технологическая документация на изготовление экспериментального образца исполнительного органа системы ориентации малых и сверхмалых космических аппаратов с учетом результатов маркетинговых исследований;
- стенд для отработки исполнительных органов системы ориентации малых и сверхмалых космических аппаратов;
- эксплуатационная документация на стенд для отработки исполнительных органов системы ориентации малых и сверхмалых космических аппаратов;
- экспериментальный образец исполнительного органа системы ориентации малых и сверхмалых космических аппаратов;
- программа и методика исследовательских испытаний экспериментального образца исполнительного органа системы ориентации малых и сверхмалых космических аппаратов;
- описание имитационной модели системы управления исполнительными органами системы ориентации малых и сверхмалых космических аппаратов;
- технико-экономические требования и предложения по разработке, производству и эксплуатации продукции с учетом технологических возможностей и особенностей индустриального партнера - организации реального сектора экономики;
- проект технического задания на ОКР по теме: «Создание высокоэффективных исполнительных органов системы ориентации для малого космического аппарата дистанционного зондирования Земли массой до 150 кг».

Назначение и область применения, эффекты от внедрения результатов проекта:
Требования к современным малым космическим аппаратам (МКА) включают в себя, как правило, трехосную ориентацию в заданной системе координат, обеспечивающую целевое применение в таких сферах, как дистанционное зондирование Земли, астрофизические и геофизические исследования. Для этих аппаратов актуально применение высокоэффективных исполнительных органов системы ориентации, обеспечивающих ориентацию и стабилизацию МКА с заданной точностью без расхода массы и с минимальными энергетическими затратами. Ряд зарубежных компаний уже приступил к серийному выпуску магнитных исполнительных органов для «стандартной» комплектации систем ориентации МКА. В то же время в России отсутствуют отечественные аналоги, но при этом прогнозируется рост производства малых аппаратов. Важно не только обеспечить импортозамещение и стабильный выпуск широкой линейки комплектующих, но и организовать возможность наземной отработки всех перечисленных компонент как по отдельности, так и собираемых в проектные конфигурации МКА.

Результаты проекта по разработке магнитных исполнительных органов (МИО) предполагается использовать для подготовки к промышленному производству, предположительно, на базе Индустриального партнера проекта – ОАО «Научно-исследовательский институт электромеханики».
Результаты эскизного проектирования стенда будут использованы для создания в МАИ стенда, необходимого для доводки экспериментального (лабораторного) образца МИО.

Одновременно, разработка, производство малых космических аппаратов и их элементов, а так же постановка научных экспериментов на МКА являются практически идеальными задачами проектного обучения. Реализация этих задач в вузах и научных институтах дает высокую отдачу в части передачи научного опыта и знаний молодым поколениям и, в реалиях сегодняшнего прогресса в IT-технологиях, внедрения молодежью инновационных решений и идей на стыках различных дисциплин в уже известные технические и инженерные решения.

Текущие результаты проекта:
В ходе работ над проектом выполнено эскизное проектирование магнитного исполнительного органа системы ориентации МКА.
Сформирован облик перспективного исполнительного органа системы ориентации малых и сверхмалых космических аппаратов. Определен состав системы сброса кинетического момента для МКА, эксплуатирующегося на круговой орбите с высотой над поверхностью Земли от 450 до 650 км и наклонением 51,8 ÷ 63,4̊ или 90 ÷ 98̊.
Для полученных предварительных инженерных решений проведены расчеты, в первую очередь, теплового состояния и для выбранного конструктивного исполнения созданы 3D CAD модели и выпущен комплект чертежей.
Технические характеристики магнитной катушки находятся на уровне, не уступающем мировым аналогам (магнитный момент 7,5 А∙м2 при потребляемой мощности до 0,55 Вт).
Ведется разработка технологической документации на изготовление экспериментального образца исполнительного органа системы ориентации малых и сверхмалых космических аппаратов с учетом результатов маркетинговых исследований.

Одновременно с проработкой магнитного исполнительного органа коллектив исполнителей выполнял работы по сначала концептуальному, а затем по эскизному проектированию стенда для отработки разрабатываемого экспериментального образца исполнительного органа.
На основе конструкторских документов (включая электронные модели) на исполнительный орган была проработана механическая, кинематическая и электрическая схемы стенда. Определены основные элементы, включая коммерчески доступные к приобретению стандартные системы измерений.
Основные особенности стенда: МИО устанавливается на корпусной макет МКА, оснащенный оригинальной системой обезвешивания, позволяющей проверить динамические характеристики СОС за счет учета микроперемещений, отслеживаемых высокоскоростной видеокамерой.
В настоящее время ведется разработка технологической документации на изготовление стенда для отработки исполнительных органов системы ориентации малых и сверхмалых космических аппаратов и разрабатывается имитационная модель системы управления исполнительными органами в составе системы ориентации малых и сверхмалых космических аппаратов.