Диссертация (Разработка и исследование прецизионной системы информационного обеспечения бортового комплекса управления космическим аппаратом научного назначения), страница 6

Прибор имеет высокиеточностные характеристики и обладает радиационной стойкостью (100 Крад). Всостав прибора входят 4 лазерных гироскопа. В зависимости от назначения КАвозможно подключение акселерометров. Дублированный электронный модульвключает встроенный 24-битовый цифровой сигнальный процессор, контроллерпамяти и 16-битовый контроллер ввода-вывода, которые объединены врадиационно-стойкую плату CMOS. Модуль питания также дублирован.Фирма Honeywell разрабатывает гироскопы и инерциальные системы,которыеуспешноприменялисьвсистемахуправленияКА,носителей,стратегических и зенитных ракет [13].Примером может служить MIMU (Miniature Inertial Measurement Unit) −миниатюрная инерциальная навигационная система, − которая благодаря своимвысоким точностным характеристикам и малому весу, применяется в системахуправления широкого класса коммерческих и венных спутников, в программахосвоения дальнего космоса, а также средств выведения.

Этот серийный прибор,сертифицированный с середины 1997г., испытан в условиях космического полета.Более 140 приборов успешно запущено в космос.MIMU измеряет составляющие угловой скорости и вектора скорости. Всостав входят 3 кольцевых лазерных гироскопа GG1320 и 3 кварцевыхакселерометранагибкомподвесеQFLEX(ISO2000).Имеетсявариантконфигурации прибора и без акселерометров. Радиационная стойкость прибора −100 Крад, блок электроники также радиационно-стойкий (>100Крад).Согласно[13],взарубежныхмногоразовыхвоздушно-космическихлетательных аппаратах Х-37 и Х-40А применяется прибор SIGI (Space integratedGPS/INS).SIGIпредставляетсобойадаптированныйдлякосмическогоприменения прибор H-764G разработки Honeywell. H-764G инерциальная37навигационная система, применяющаяся на военных самолетах F-14, F-16 и C-17.Для работы в режиме совмещения измерений с данными спутниковой навигации всистеме реализуется фильтр Калмана 29 порядка.

В качестве чувствительныхэлементов в системе применяются лазерные гироскопы с цифровым выходомGG1320AN разработки Honeywell.Отечественные разработки лазерных гироскопов и БИНС на их основенаиболее развиты в НИИ «Полюс», Московском институте электромеханики иавтоматики (МИЭА) и Раменском приборостроительном конструкторском бюро(РПКБ),НПП«Электрооптика»,гдеведутсяработыприменительнокавиационной технике [23].МИЭА разработал лазерный гироскоп с виброподставкой, на основекоторого разработаны БИНС-85, БИНС-77, БИНС-СП-1.

Серийный выпуск этихБИНС осуществлялся заводом «Металлист» (г. Серпухов). В 2006 году МИЭАполучена лицензия Роскосмоса на проведение работ по созданию приборов налазерных гироскопах применительно к средствам выведения.Лазерные гироскопы используются на ряде зарубежных КА. Каких-либоработ по созданию БИНС и ИИБ на лазерных гироскопах для систем управленияперспективных отечественных КА в настоящее время не ведется.1.2.1.2.

Волоконно-оптические гироскопы и приборы на ихосновеВолоконно-оптические гироскопы (ВОГ) рассматриваются в настоящеевремя в качестве перспективных гироприборов. Функционирование ВОГосновано на эффекте Саньяка в кольцевом интерферометре. Разработкой ВОГ иприборов на их основе занимаются различные отечественные и зарубежныефирмы [12], [14], [15], [16], [17], [18].В частности, успехов в этой области достигла фирма Northrop Grumman(Litton). Примером разработок приборов этого направления могут служитьинерциальные навигационные системы семейства LN-200.

На основе этого38базового прибора было создано семейство приборов для различных потребителей(LN-200S, LN-210 и др.), предназначенных для применения на различных КА, всистемах военного назначения и др. В частности, в состав LN-200S, массакоторого менее килограмма, предназначенного для полетов на околоземных игелиоцентрических орбитах, входят три ВОГ с диаметром катушки 2,5 см, тримикроминиатюрных кремниевых акселерометра и блок электроники. Первыйпрототип LN-200S прошел испытания во время полета КА Clementine. Вдальнейшем этот прибор применялся на ряде КА − Deep Space I, BATSAT, OrbitalView 3 и др.

[12].К последним разработкам Northrop Grumman можно отнести модели ВОГсерии 600, 1000 2500. Это одноосные гироскопы, которые могут объединяться вмногоосные системы. FOG600 имеет постоянный уход менее 0.1 °/ч. Онпроизводится как в обычной модификации, так и радиационно-стойкой.Модель FOG1000 имеет уход 0,01 °/ч. Она предназначена для навигации,точного наведения и точной стабилизации. Диаметр гироскопа вместе с блокомэлектроники составляет 91,5 мм. Выходной сигнал может быть в цифровой и ваналоговой форме.

Связь между двумя модулями осуществляется с помощьюволокна толщиной в человеческий волос, защищенного специальной оболочкой.Наконец, модель FOG500 имеет уход 0.001 °/час, массу менее 8.2 кг, размеры24,527,1812,83 см и радиационную стойкость до 100 Крад. Необходимоотметить, что ВОГ производства Northrop Grumman так и не получили широкогораспространения в космосе [12].Среди европейских производителей ВОГ лидирующую позицию занимаеткомпания Airbus Defence and Space.

На сегодняшний день продукция компаниипредставлена линейкой инерциальных измерительных блоков на основе ВОГ дляКА различного назначения: Astrix120D, Astrix200D, Astrix 1000 Series. Всеперечисленныеприборыизготавливаютсянаквалифицированной для применения в космосе [14].основеэлементнойбазы,39Блок инерциальных измерений Astrix120 разработки компании Airbus D&Sимеет четыре независимых оптоволоконных канала гироскопа. Таким образом,любая конфигурация с любыми работающими тремя каналами позволяетвычислить угловые скорости КА по трем ортогональным направлениям.Четвертая ось обеспечивает резервирование.Четыре гироскопических канала блока Astrix120 функционально не зависятдруг от друга и не имеют тепловой связи между собой.

В целях безопасностимежду каналами отсутствует перекрестная коммутация. Таким образом, каждыйканал использует свои собственные: силовую шину, интерфейс передачи данныхи индуцирующий интерфейс, свой собственный модуль обработки и свойсобственный чувствительный элемент. ИИБ Astrix120 успешно эксплуатируется всоставе более чем 10 функционирующих КА.ИИБ Astrix200 по конструкции аналогичен Astrix120. Существеннымотличием от Astrix120 является длина оптического волокна. ИИБ Astrix200 былспециально разработан для использования в составе систем управления КАнаучного назначения и в настоящее время эксплуатируется на двух КА.ИИБ серии Astrix1000 адаптирован для КА, непрерывно функционирующихна геостационарной орбите (ГСО) с САС 15 лет. В одном компактном блокеиспользуются три ВОГ, ориентированных по трем граням правильного тетраэдра,а также соответствующая им электроника.

Предлагается также опция с тремядополнительнымиакселерометрами,обеспечивающимиполныйспектрнавигационных возможностей и предназначенная для полетов в глубоком космосе.В настоящее время разработку ВОГ осуществляют различные предприятияРоссии. Разработку ВОГ класса точности 10,00,1 °/ч производит ООО «НПП«Физоптика» [15]. Разработку ВОГ класса точности 0,01 °/ч ведут Пермскаянаучно производственная приборостроительная компания (ПНППК) [16] икомпания «Оптолинк» [17].На основе разработок НПП «Физоптика», ОАО «НПО ИТ» разработаныинерциальные блоки для программы «Фобос-Грунт» и унифицированного40транспортного модуля, а ООО «НПП «Антарес» − для КА 14Ф137, 14Ф138.Дрейф этих инерциальных блоков равен (0,20,1) °/ч.Филиал ФГУП «ЦЭНКИ» НИИ ПМ имени Кузнецова разработал приборКИНД34-062 на базе ВОГ.

Данный прибор находится на стадии проведениялетных испытаний и предназначен для установки в герметичный отсек КА, чтоделает его непригодным для широкого класса КА. Данные по приборампредставлены в Таблице 1.4.Таблица 1.4.Характеристики приборов Филиал ФГУП «ЦЭНКИ» НИИ ПМ имени КузнецоваПараметрГабариты, ммИУС-ОКИНД11-221Ø104х25 +130х100х70-ЗначениеКИНД34КИНД34-053062110х110х1Ø 208х109001,22,7КИНД34059330х240х1909,5Масса, кгПотребляемая681030мощность, ВТДиапазон измерения,±200±35±200±40°/сПогрешностьмасштабного0,0050,050,0050,01коэффициента, %Случайная0,1510,150,05составляющая, °/чПогрешностьмасштабного0,030,020,005коэффициента, %Ресурс, ч, не менее40000500003000НПП «Антарес» создает ряд приборов под общим названием БИУС. Базоваямодификация БИУС успешно прошла все виды наземной отработки, включаякомплексные испытания в составе изделия и эксплуатируется с 2006 г.

в составеКА «Ресурс-ДК». БИУС содержит инерциальное ядро, состоящее из ВОГ икварцевых или микромеханических акселерометров и набор необходимыхэлектронных плат: процессора, ввода-вывода, интерфейсов [18].В компании «Оптолинк» осуществляются разработка и изготовлениеразличных оптоэлектронных приборов и устройств, а также интегрально-41оптических и волоконно-оптических элементов [17]. Ею разработаны одноосныеи трехосные ВОГ различного класса точности, в том числе прецизионные (дрейфнулевого сигнала 0,005−0,1 /ч) для высокоточных навигационных систем исреднего класса точности. Также «Оптолинк» разрабатывает авиационные БИНС500 и БИНС-1000 на основе своих ВОГ. Стоит отметить, что разработанныеприборы в целом непригодны для использования в составе ракетно-космическойтехники, и приборы, устанавливаемые на КА, изготавливаются по отдельнымсоглашениям с заказчиком с применением ЭРИ, предоставляемым заказчиком.1.2.1.3.

Твердотельные волновые гироскопы и приборы на ихосновеОсобое место среди гироскопов нового поколения занимает твердотельныйволновой гироскоп (ТВГ). ТВГ очень сложны для производства, в том числе вчасти интегрирования механической и электронной компонент гироскопа. ТВГ досих пор относительно дорогостоящий из-за стоимости прецизионной опоры икварцевых полусфер.Компания Northrop Grumman, имеющей опыт, полученный в результатепостроения и эксплуатации гироскопа HRG130Y для КА Hubble, реализовала весьопытный потенциал в последней модели прецизионного гироскопа HRG130P [12],[19], [20].На основе HRG130P была разработана система нового поколения,получившаяназваниеМасштабируемыйКосмическийИнерциальныйИзмерительный Блок (Scalable Space Inertial Reference Unit − SSIRU, обладающаяуникальными свойствами по точности и стабильности.Прибор Scalable SIRU в настоящее время находится в серийномпроизводстве и полностью оправдывает свою репутацию превосходной работы инепревзойденной надежности.