Регистрация / Вход
Прислать материал

14.574.21.0103

Аннотация скачать
Постер скачать
Общие сведения
Номер
14.574.21.0103
Тематическое направление
Транспортные и космические системы
Исполнитель проекта
федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет)"
Название доклада
Создание высокоэффективных исполнительных органов системы ориентации малых и сверхмалых космических аппаратов и экспериментального стенда для их наземной отработки
Докладчик
Терентьев Вадим Васильевич
Тезисы доклада
Цели и задачи исследования
Целью проекта является разработка методов, научно-технических решений и технологий создания высокоэффективных исполнительных органов системы ориентации малых и сверхмалых космических аппаратов (МКА) на различных физических принципах.
Одними из самых удобных в эксплуатации и востребованных производителями МКА, на ближайшие годы, являются исполнительные органы на магнитных принципах ориентации без расхода рабочего тела (топлива). Разрабатываемый в рамках проекта образец является исполнительным органом магнитной системы ориентации МКА.
Так же особенно актуальным, в рамках проекта, является создание уникального экспериментального стенда, позволяющего проводить эксперименты и испытания готовых образцов исполнительных органов в составе систем управления в условиях, максимально приближенных к реальным орбитальным.
Актуальность и новизна исследования
Реализация проекта направлена на решение проблемы создания эффективных исполнительных органов для малых космических аппаратов (МКА). В настоящее время в России отсутствуют эффективные электромеханические исполнительные органы для аппаратов массой до 30 кг, а для аппаратов большей массы применяются переразмеренные отечественные образцы, либо зарубежные системы, что ограничивает возможность создания отечественных малых космических аппаратов современного уровня.
В перспективе до 2020 г. в мире будет запускаться несколько сотен МКА ежегодно, для которых будут востребованы магнитные исполнительные органы.
Описание исследования

Исходя из целей проекта решались задачи создания инновационных исполнительных органов системы ориентации и стабилизации малого космического аппарата и стенда для тестирования и доводки исполнительных органов.  

В настоящее время на мировым рынке не представлены предложения по магнитным исполнительным органам (МИО) для малых космических аппаратов, имеющих в своём составе систему самодиагностики и модуль автономного управления, который связан с центральным компьютером по единой информационной шине и не требует непрерывной передачи сигналов для удержания исполнительного органа во включенном состоянии. Особо необходимо отметить функции самодиагностики, которые существенно повышают надёжность изделия и могут в автоматическом режиме задействовать аварийные алгоритмы и обходить механические неисправности и замыкания цепи. При этом интеграция этих возможностей потребует всего лишь программной поддержки со стороны целевого космического аппарата. 

Разработанный экспериментальный стенд представляет собой модульный комплекс для испытаний максимально широкого спектра исполнительных органов и космических аппаратов. За счёт модульного построения программного комплекса и модульного деления исполнительных механизмов стенда в сочетании с применения системы технического зрения, имеется возможность дооборудования данного стенда для испытаний различных исполнительных органов, устройств накопления и сброса кинетического момента, а так же систем ориентации в целом.

Математическая модель, описывающая критерии подобия функционирования МИО на аппарате, находящемся в невесомости и в условиях на экспериментальном стенде, позволяет оценить эффективность и различные режимы функционирования как непосредственно самого МИО, так и системы управления ориентацией космического аппарата в целом. 

Основной частью еще одной математической модели является алгоритм, позволяющий перевести полученные в ходе экспериментальной отработки тепловые параметры функционирования штатного исполнительного органа, в режимы его функционирования при условиях орбитального полёта. Для реализации данного функционала применяется предварительная откалиброванная расчетная модель теплового состояния в совокупности со штатными средствами измерений экспериментального комплекса.

Результаты исследования

Разработанный в ходе проекта экспериментальный магнитный исполнительный орган состоит из электромагнита и блока управления, соединенных гибким кабелем. Блок управления реализован на базе отечественного микроконтроллера К1886ВЕ5БУ и осуществляет контроль за состоянием работы магнитной катушки с двумя обмотками; производит информационный обмен командами с бортовым компьютером; обеспечивает выполнение принятых команд во времени, сообщает о выполнении. Особенностью блока является функционал по контролю за правильностью функционирования катушки, который обеспечивает возможность оперативного отключения обмотки, на которой произошёл обрыв провода или короткое замыкание, сообщение о чём передаётся и на бортовой компьютер и автоматически  обрабатывается для принятия соответствующих управляющих (корректирующих) действий в самом блоке управления.

Стенд включает в себя оригинальный механизм обезвешивания с виброгасящей конструкцией и подвесом для конструктивного макета космического аппарата. Пространственное положение испытуемого объекта определяется на основе бесконтактного оптического анализа (элементов системы технического зрения). Блок эмуляции бортового компьютера космического аппарата реализован на микроконтроллере семейства atmega, имеет в своем составе модуль двусторонней трансляции команд по шине CAN. Информация на рабочее место оператора поступает по беспроводному каналу связи wi-fi 802.11g. Модульная схема стенда с базовой с системой обезвешивания позволяет реализовать ряд экспериментов для функционального тестирования и комплексных испытаний исполнительных органов за счет внешних модулей, таких как высокоскоростная оптическая камера, тепловизор, система быстрой фиксации магнитного исполнительного органа,
аппаратно-программный комплекс генерации внешнего магнитного поля (имитатор магнитного поля Земли при орбитальном полёте).

Практическая значимость исследования
Реализация проекта обеспечит развитие производственно-технологического, кадрового и инфраструктурного потенциала Российской Федерации в области космических технологий; повышение эффективности использования космических средств введением в состав отечественной орбитальной группировки малых и сверхмалых космических аппаратов различного целевого назначения; обеспечение увеличения экспортного потенциала России и значительное замещение импорта в ключевых бортовых системах космических аппаратов; целевое применение в таких сферах, как дистанционное зондирование Земли (ДЗЗ), астрофизические и геофизические исследования.
Внедрение результатов проекта позволит снизить зависимость от импортных комплектующих при производстве малых и сверхмалых космических аппаратов. Социально-экономических эффект заключается во внедрении результатов проекта в учебный процесс вуза (в частности - МАИ), привлечения талантливой молодежи в наукоемкую отрасль экономики, создающую продукцию с высокой добавленной стоимостью.