Регистрация / Вход
Прислать материал

Разработка и исследование бортовой комплексной системы высокоточной ориентации космических аппаратов по астрономическим ориентирам с подсистемой геометрической взаимной привязки датчиков

Номер контракта: 14.604.21.0094

Руководитель: Прохоров Михаил Евгеньевич

Должность: заведующий лабораторией ГАИШ МГУ

Организация: федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский государственный университет имени М.В.Ломоносова"
Организация докладчика: Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский государственный университет имени М.В.Ломоносова"

Аннотация скачать
Постер скачать
Ключевые слова:
ориентация, навигация, звездный датчик, солнечный датчик, локальная вертикаль, баллистическая траектория, контроль геометрии, метрология

Цель проекта:
1. Системы определения ориентации необходимы КА для выполнения многих задач. Датчики звездной ориентации могут использоваться для определения поправок к показаниям гироскопов, при изменении ориентации КА, а также вместе с другими датчиками при наведении антенн или целевой аппаратуры на заданные объекты (например, фото/видеокамер при дистанционном зондировании Земли). Датчики направления на Солнце используются при ориентации солнечных батарей, для защиты целевой и прикладной аппаратуры от засветки прямым солнечным излучением, для определения моментов входа и выхода в тень Земли. Датчик геовертикали (локальной вертикали Земли) служит для наведения целевой аппаратуры на изучаемые области поверхности Земли и для географической координатной привязки получаемой информации. При этом показания звездных датчиков определяют ориентацию (поворот) конструкционной системы координат относительно выбранной инерциальной системы, другие типы датчиков ориентации определяют направления на соответствующие космические объекты относительно своих конструкционных систем координат. Уже при точности, достигнутой современными серийными приборами определения ориентации, обеспечить сохранение взаимной ориентации автономных датчиков, установленных на борту КА, на уровне порядка погрешности их измерений только за счет жесткости конструкций КА не представляется возможным. Это приводит к появлению систематического рассогласования реальных и измеряемых показаний датчиков, что не позволяет осуществлять точную ориентацию целевой аппаратуры. По этой причине дальнейшее повышение точности автономных датчиков ориентации теряет смысл без принятия специальных мер к взаимной геометрической привязке их конструкционных систем координат. 2. Целью выполнения ПНИ является разработка макета бортовой комплексной системы высокоточной ориентации (КСВО) для космического аппарата. Такая система позволяет выполнять следующие функции: ─определять ориентацию подсистемы геометрической привязки относительно инерциальной системы координат, задаваемой звездными ориентирами с точностью не хуже 0,1 секунды дуги; ─ привязывать оси целевого прибора к инерциальной системе координат с той же точностью; ─ определять в конструкционной системе координат направление на Солнце и/или на центр небесного тела, вблизи которого происходит движение КА с точностью не хуже 1 секунды дуги; ─ рассчитывать направление на Солнце и/или на центр небесного тела, вблизи которого происходит движение КА в инерциальной системе координат. Для выполнения всех перечисленных функций используются только измерения высокоточных датчиков направления на астроориентиры, установленных на борту КА, т.е. КСВО является автономной. КСВО за счет комплексности будет обладать повышенной надежностью в условиях сложной фоновой обстановки (засветка датчиков звездной ориентации Солнцем или экранирование их Землей), а также при сбоях отдельных датчиков.

Основные планируемые результаты проекта:
1. Основные планируемые результаты проекта:
- Выбор конструкции и характеристик звездных датчиков.
- Выбор конструкции и характеристик датчика направления на Солнце.
- Выбор принципов функционирования подсистемы контроля геометрии.
- Разработка конструкции подсистемы контроля геометрии.
- Изготовление лабораторного макета КСВО.
- Разработка и изготовление стендов для лабораторных исследований макета КСВО.
- Разработка эскизного проекта КСВО.
- Подготовка эскизной документации на экспериментальный образца КСВО.
2. Основные характеристики КСВО:
- Погрешность порядка 0,1 угловой секунды;
- Частота опроса не менее 5 Гц.

Краткая характеристика создаваемой/созданной научной (научно-технической, инновационной) продукции:
1. Конечным продуктом проекта является подсистема геометрического контроля для КСВО. Предполагается изготовить и испытать лабораторный макет КСВО с подсистемой геометрического контроля.
2. Подсистему геометрического контроля предлагается строить на основе высокоточных механических (емкостных) датчиков смещения.
3. Сегодня с системах ориентации космических аппаратов геометрия расположения датчиков контролируется только на предполетной стадии. Разработки, связанные с подсистемами геометрического контроля для систем ориентации КА в России или за рубежом, нам не известны.

Назначение и область применения, эффекты от внедрения результатов проекта:
Областью применения планируемых результатов является космическая техника. Разработка будет востребована на космических аппаратах, для функционирования которых необходимо высокоточное знание ориентации. К этим направлениям относятся: высоконаправленные космические системы связи (лазерные), дистанционное зондирование Земли с высоким разрешением, контроль космического пространства, а также научные исследования в космосе. На основе планируемых результатов можно ожидать разработку новых технических решений, но их широкое влияние на рынки товаров потребления и социальную сферу не ожидается. Эти разработки могут быть использованы как в России, так и в исследованиях в рамках международного сотрудничества.

Текущие результаты проекта:
В 2015 г. была разработана эскизная конструкторская документация на макет КСВО, а также на составляющие его части: звездные и солнечные датчики, подсистему геометрического контроля и блок управления КСВО. Разработаны требования и конструкция к стендам для проведения лабораторных испытаний КСВО. Изготовлены экспериментальные образцы звездных и солнечного датчиков. Индустриальным партнером разработаны методики проведения вибрационных и термовакуумных испытаний. До конца года будут проведены испытания высокоточного звездного датчика силами Индустриального партнера.