Диссертация (Разработка и исследование прецизионной системы информационного обеспечения бортового комплекса управления космическим аппаратом научного назначения), страница 5

(продолжение)ЦП RAD6000,шина MILДМ, МИОSTD 1553B, ЗУ1024 МбитЭлектро-№2Спектр-РДС, ЗП(2 SED26),АСН, ГИВУСМетео/ГСОРФ/НПО ЛОпределение:0.008°Научный /ВЭОРФ/НПО ЛОпределение: ДС, ЗП (3хАД1),0.0014°ГИВУСТаблица 1.1. (продолжение)БВУ Марс,ДМ (4шт.),Шина MILЖРД(16шт.)STD 1553BБЦВМ Марс,ДМ (8шт.),Шина MILЖРД(16шт.)STD 1553B2930Типовой состав датчиковой аппаратуры и исполнительных органовсовременных зарубежных и отечественных КА показан на Рисунке 1.4.ЗПЗПДУ (ДС, ГД,ЭРДУ)АСНАСНГПГПВычислитель исиловая автоматикаБКУСДСДСДДля НОКомплектДМ (СГ)КомплектмагнитныхИОММММРисунок 1.4.

Типовой состав датчиковой аппаратуры и исполнительныхорганов БКУ современных КАОсобенностью БКУ ряда зарубежных КА является выделение в отдельнуюподсистему задачи контроля, диагностики и парирования НШС [110], [112].Особо следует отметить, что реализуемые принципы построения бортового ПО(структурирование, модульность, преемственность от КА к КА) и обеспечениевозможности его перезаписи в полете у зарубежных и отечественных БКУпрактически идентичны [5], [7], [8], [129], [136].Телекоммуникационные КА в виду особенностей выполняемых задач нехарактеризуются высокими требованиями к точности ориентации и стабилизации.На КА такого типа в случае построения контура управления с ДУС и ЗП, ДУСприменяются для проведения разворотов и маневров КА.

В остальное времятребования к точности ориентации и стабилизации не требуют применениясложныхалгоритмовизмерителей[2],[129],фильтрации[136].Киликомплексированияпримеру,информациителекоммуникационныеКАпроизводства Airbus D&S и ИСС им. Решетнева оснащены ИИБ на ВОГ и ЗП31средней точности. При этом ДУС используются только для разворотов идемпфирования, в остальное время КА функционируют только на ЗП.КосмическиеаппаратыДЗЗкакотечественнойразработки,такизарубежной, строятся по схожим принципам в части обеспечения требований кориентации и стабилизации [5], [132], [136]. Тем не менее, основные требования кБКУ КА ДЗЗ предъявляются в части обеспечения точной привязки целевойинформации к координатам точки пересечения оси визирования ЦА и земнойповерхности, что обеспечивается с помощью геометрической и временнойпривязки измерений приборов ориентации к измерительной информации ЦА (см.Таблицу 1.2.).

Лидерами по точности привязки измерительной информацииявляются КА WorldView - 1, 2 (Ball Aerospace) и КА Ресурс-П (ЦСКБ«Прогресс»). Но, несмотря на уровень характеристик КА Ресурс-П, он в целомуступает КА WolrdView, что связано с применяемыми приборами ориентации.Приэтомточностьпривязкидостигаетсяобработкой,фильтрациейикомплексированием информации при обработке ТМИ в НКУ. Кроме того, к КАДЗЗ предъявляются меньшие требования в стабилизации угловой скорости и кстатической составляющей ошибки ориентации [2], [5], [6], [25], [27], [87], [129],[132], [136].Таблица 1.2.Обобщенные требования к точности ориентации и стабилизации КАТип КАТребования к БКУТочность определения ориентации,угл.

секундыТочность стабилизации по углу,угл. секундыТочность стабилизации по угловойскорости, º/сТочность навигационногорешения, мТочность поддержания СЕВ, сСкорость переориентации, º/сТелекоммуникационные КАКА ДЗЗНаучныеКА~ 60< 100.1 – 5180 – 360600.1 – 5–0,0050.00002~ 1000-2000~ 15~ 1000-200010-40.310-62-510-60.332В Таблице 1.3 приведены характеристики БКУ в части характеристикточности определения и поддержания ориентации современных эксплуатируемыхКА научного назначения [1], [2], [3], [144].Следует иметь в виду, что в перспективе требования к точностнымхарактеристикам угловой ориентации и стабилизации КА, предназначенных дляастрофизических исследований и мониторинга Земли, будут существенноповышаться.

Это связано с технологическим прогрессом в соответствующихобластях техники [101], [129], [136].Таблица 1.3.Точностные характеристики ССО КА научного назначенияКАIRAS: Infra-Red Astronomical SatelliteHypparcos: High Precision ParallaxCollecting SatelliteHubble Space TelescopeCGRO: Compton Gamma RayObservatoryISO: Infrared Space ObservatoryChandraXMM: X-ray Multi-Mirror missionGALEX: Galaxy Evolution ExplorerMOST:MicrovariabilityandOscillations of Stars small satelliteSpitzerAKARICoRoT: COnvection ROtation andplanetary TransitsKeplerHershelWISE: Wide-field Infrared SurveyExplorerСпектр-РГодМакс.Случайнаязапускаошибкаошибка (3σ)1983198930’’600’’10’’0,9’’199019912’’1800’’0,002’’60’’199519991999200320031’’3’’60’’300’’0.8’’0,5’’0,04’’0,25’’0,3’’0,8’’2003200620060.45’’30’’0.5’’0,02’’1’’0,25’’2009200920090.1’’1.13’’75’’0,003’’0,24’’0,5’’201118’’0.75’’33В зарубежных КА научного назначения для обеспечения прецизионнойориентации применяются высокоточные датчики угловых скоростей и звездныеприборы [1], [2], [3], [129], [130], [131], [132], [133], [136].

Такие КА как Hubble иCassini оснащены высокоточным ИИБ на ТВГ SSIRU, что позволяет достигатьвысокой точности и стабильности определения параметров ориентации. НовыйКА JWST оснащен ИИБ SSIRU и ЗП HAST 2. В отдельных случаях применениеЗП в контуре управления ограничено из-за высоких шумов ЗП [19], [20], [21].Примером исключения данных ЗП из контура управления также может служитьКА Cassini. При исключении данных от ЗП удалось снизить шум по угловойскорости на два порядка [20].

Кроме того, обеспечение высоких требований нанекоторыхзарубежныхКАнаучногоназначенияпроисходилозасчетиспользования в контуре управления измерительной информации ЦА [3]. Такойрежим реализован в БКУ КА Hubble и в разрабатываемом КА JWST.Дополнительные особенности зарубежных КА можно найти в [129], [136], [149].В настоящее время основным разработчиком КА научного назначения вРоссии являетсяНПОимени С. А. Лавочкина. Программа аппаратов,направленных на изучение космического пространства, реализована серией КА«Спектр», основанных на унифицированной платформе «Навигатор» [137].Проект был начат еще в 80 годах 20 века, однако по ряду обстоятельств, запускпервого в серии КА «Спектр-Р» был осуществлен только 18 июля 2011 года [143].КАпроекта«Спектр»отличаютвысокиетребованиякточностиопределения ориентации и стабилизации [138], [139], [140], [141], [142].Требования технического задания для БКУ КА «Спектр-Р» составляют 18угловых секунд для случайной ошибки ориентации и 5 угловых секунд настабилизационные отклонения.

Эти требования были успешно обеспечены [143],во многом благодаря реализованной в БКУ КА (разработки МОКБ «Марс»)комплексной обработки измерительной информации прибора ГИВУС КИНД34020 (разработки НИИ прикладной механики имени Кузнецова) и звездногоприбора АД-1 (разработки МОКБ «Марс»). Особенностью построения БКУ с ЗПАД-1 является вычисление астроориентации в основном вычислителе БКУ, что34дает возможность стоить сильносвязанную систему ИИБ и ЗП. Здесь, как и в [32],под термином сильносвязанная система ИИБ и ЗП подразумевается система, вкоторой в обработку принимает первичная информация от ЗП: координатыэнергоцентров визируемых объектов.Требования к остальным КА серии «Спектр» в части точности определенияи поддержания ориентации более высокие (см.

требования к СИО в Введении).Однако невозможность воспроизведения ЗП АД-1 определяет необходимостьпоиска новых решений для обеспечения требований ТЗ к КА серии «Спектр» прииспользовании в БКУ приборов определения ориентации, характеристикикоторых не позволяют выполнить требований к точности определения параметровориентациибездополнительнойобработкиизмерительнойинформацииприборов.Научные КА, в частности, серия КА «Спектр», обладают уникальнымисочетаниями требований к ориентации и стабилизации как для отечественных, таки для зарубежных разработчиков КА. Это характеризует задачу разработки БКУКА серии «Спектр» как уникальную в целом, так и для объектов исследования внастоящей работе.Современные измерители угловых скоростей и звездные приборы,используемыевсоставесистемуправлениядвижениемКА,подробнорассматриваются в данной главе. Стоит отметить, что контур управления,построенный на базе современных ДУС и звездных приборов, является наиболеегибким и отказоустойчивым.1.2.АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ И ПЕРСПЕКТИВ ПРИБОРНОГО СОСТАВА1.2.1.

ГИРОСКОПИЧЕСКИЕ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ПРИБОРЫВ настоящее время в системах управления отечественных и зарубежных КАприменяются инерциальные измерительные блоки (ИИБ) или бесплатформенныеинерциальныенавигационныесистемы(БИНС)наосновепоплавковых,35динамически настраиваемых, лазерных, волоконно-оптических и твердотельныхволновых гироскопов.

Последние три типа − твердотельные гироскопы, неимеющие вращающегося ротора и других механических частей.1.2.1.1. Лазерные гироскопы и приборы на их основеОсновные отличия лазерных гироскопов, разрабатываемых различнымифирмамизарубежом,главнымобразом,определяютсяприменяемымиустройствами борьбы с явлением захвата [11].Разработка таких гироскопов в США ведется на фирмах Honeywell, Litton(сейчас входит в состав Northrop Grumman), Singer-Kearfott и других фирмах [12],[13], [23]. В настоящее время в США развернуто массовое производство лазерныхгироскопов и лазерных БИНС различного назначения.Фирмой Litton разработано семейство приборов LN-100, представляющихсобой инерциальные навигационные системы на основе лазерных гироскопов. Всемейство входят LN-100L, LN-100S, LN-100G, LN-100M, Advanced ModularAzimuth Position System (AMAPS), инерциальный датчиковый блок ISA (InertialSensor Assembly) и др.

[12].Семейство LN-100 состоит из комплекса инерциальных навигационныхустройств, чаще на основе блока ISA. Блок ISA построен на основе 3запатентованных 18-сантиметровых лазерных гироскопов с блокировкой нуляZero−Lock и триады акселерометров A-4. Гироскоп с блокировкой нуля не имеет«мертвой зоны», и ему не требуется вибромеханизм. Чувствительный блоксистемы LN-100 ISA объединен с блоком электроники на шасси различной (взависимости от назначения прибора − наземный, морской, воздушный,космический) конфигурации. В зависимости от применения прибора интерфейсможет быть как полностью цифровой (MIL-STD-1553B), так и аналоговый(AC/DC). В приборе предусмотрена возможность подключения дополнительныхмодулей: приемников GPS, радиовысотомеров, системы воздушных данных и др.36LN-100S разработан для применения в системах ориентации и стабилизацииКА, точного наведения, в том числе, целевой аппаратуры, а также для длительныхэкспериментов в космосе, где необходима высокая точность местоопределения.Срок его активного существования более 10 лет.