Регистрация / Вход
Прислать материал

14.604.21.0094

Аннотация скачать
Постер скачать
Общие сведения
Номер
14.604.21.0094
Тематическое направление
Транспортные и космические системы
Исполнитель проекта
федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский государственный университет имени М.В.Ломоносова"
Название доклада
Разработка и исследование бортовой комплексной системы высокоточной ориентации космических аппаратов по астрономическим ориентирам с подсистемой геометрической взаимной привязки датчиков
Докладчик
Прохоров Михаил Евгеньевич
Тезисы доклада
Цели и задачи исследования
В современных высокоточных системах определения ориентации космических аппаратов по астрономическим объектам (звездам) в последнее время все чаще используются конструкции с несколькими оптическими головками. Такие системы более надежны и не боятся засветки яркими космическими источниками (Солнцем, Землей, Луной и т.д.). При этом точность определения ориентации с помощью звездных датчиков составляет секунды дуги и вполне сравнима с лучшими инерциальными (гироскопическими) системами ориентации.

Однако, у систем звездной ориентации с несколькими головками был обнаружен следующий недостаток. Для успешного функционирования систем звездной ориентации необходимо знать взаимное расположение входящих в них оптических систем. Сегодня это расположение определяется на этапе изготовления и сборки системы ориентации, а поддерживается за счет механической прочности конструкций космического аппарата и приборов. Испытания, проведенные как в лабораторных, так и в лётных условиях показали, что термоупругие деформации, которые испытывают конструкции космических аппаратов на орбите в несколько раз превышают точность современных звездных датчиков и достигают величин 5"-15". Эти деформации сильнейшим образом ограничивают точность, достигаемую системами ориентации.

Попытка решить указанную проблему повышением прочности и размеростабильности конструкций космических аппаратов не имеет перспектив. Для датчиков с собственными погрешностями 2"-3" такой подход ведет к увеличению массы аппарата в 5-10 раз, а при переходе к погрешностям в десятые доли секунды дуги - не работает вообще.

Нами предложено измерять геометрию оптических систем в реальном времени и использовать эти данные при определении ориентации.

Актуальность и новизна исследования
Проблема является актуальной уже для систем звездной ориентации сегодняшнего поколения и становится еще более острой при ожидаемом ближайшие годы повышении точностей датчиков звездной ориентации еще в несколько раз. Аналоги предложенного подхода среди существующих и разрабатываемых систем звездной ориентации нам неизвестны.
Описание исследования

Нами предложено решение указанной проблемы путем включения в систему ориентации подсистемы геометрического контроля (ПГК), которая в реальном времени будет измерять взаимное положение (и его изменение) датчиков ориентации. Обработка данных датчиков ориентации и показаний ПГК производится одновременно и позволяет учесть термоупругие деформации конструкций КА и системы ориентации.

Предложенная конструкция ПГК имеет вид трехгранной пирамиды, основание которой крепится к КА или непосредственно к целевой аппаратуре, а на боковые грани монтируются три датчика ориентации - в нашем случае два звездных датчика и один солнечный. На ребрах пирамиды, между каждой парой граней, устанавливается от 1 до 3 высокоточных датчиков смещения. В изготовленном макете использовались прецизионные емкостный датчики смещения фирмы Physik Instrumente (Германия). Смещения, показываемые датчиками, пересчитываются в изменение угла взаимного наклона граней пирамиды ПГК.

Проведенные испытания макета ПГК с установленными на него датчиками ориентации показали следующее: при выключении ПГК термоупругие деформации конструкции системы под действием тепловых и механических воздействий достигают 5"-20", что намного хуже собственных погрешностей датчиков ориентации. Включение ПНК снижает систематическую погрешность, вызываемую термоупругими деформациями, до 0,2"-0,3".

Предварительно проведенные в НПО им. С.А. Лавочкина вибрационные и термовакуумные испытания экспериментальных образцов звездных и солнечных датчиков, изготовленных для проведения испытаний макета ПГК, показали, что эти приборы имеют высокую механическую жесткость и размеростабильность конструкций и их собственные термоупругие погрешности не превышают указанной выше величины и не сказываются существенно на полученной погрешности системы в целом.

Разработан проект технического задания для космического эксперимента, целью которого было бы испытание системы ориентации, снабженной подсистемой геометрического контроля, а лётных условиях.

Результаты исследования

Проведенные прикладные научные исследования показали, что предложенный способ повышения точности комплексных высокоточных систем ориентации вполне работоспособен, а предложенная конструкция подсистемы геометрического контроля позволяет достичь запланированного уровня погрешностей - порядка нескольких секунд дуги.

То, что ПГК удалось оформить в виде отдельного независимого блока кажется нам очень удачным. Это позволяет устанавливать на ПГК любые высокоточные датчики ориентации не только использованные при проведении ПНИ, но и высокоточные приборы других изготовителей. При этом допускается разнообразие в габаритах этих приборов, в способах их крепления в ПГК, в отводе тепла и т.д.

Аналоги предложенной нами конструкции среди выпускаемых или разрабатывающихся систем ориентации, а также среди патентов отсутствуют.

Практическая значимость исследования
Системы ориентации, в состав которых входит подсистема геометрического контроля, могут быть использованы при создании космических аппаратов, для функционирования которых требуется высокая точность ориентации. Наиболее важными назначениями таких космических аппаратов являются:
1. Дистанционное зондирование и картографирование Земли с высоким разрешением
2. Лазерная связь космос – Земля и космос – космос, а также дальняя (межпланетная) космическая лазерная связь
3. Контроль околоземного космического пространства. Обнаружение космического мусора
4. Обнаружение угроз Земле из космоса, в том числе предупреждения об астероидно-кометной опасности