Диссертация (Повышение помехоустойчивости радиосистем космической связи при воздействии радиоизлучения стационарных плазменных двигателей), страница 6

Приведенынаучная новизна и практическая ценность работы, а также сформулированы положения,выносимые на защиту.В первой главе проведен анализ особенностей и основных направлений использованияЭРД в задачах освоения ближнего и дальнего космоса, дано систематизированное описаниетипов ЭРД, принципов их функционирования, основных характеристик и тенденций развития.Проанализированы виды воздействия ЭРД на радиосистемы КА и выделены основные факторы,влияющие на качество функционирования РСКС. Проведен анализ РСКС ближнего и дальнегокосмоса, определены и систематизированы их основные характеристики и параметры, такие как:диапазоны используемых частот, методы модуляцииикодирования, энергетическиехарактеристики и т.п., необходимые для последующего анализа помехоустойчивости РСКС. На21основе проведенного анализа сформулирована цель исследования, определены решаемыенаучно-технические задачи и направления исследования.Во второй главе рассмотрены нормативно-метрологические и методические основыпроведения экспериментальных исследований и моделирования излучения ЭРД, проведен анализсовременного состояния экспериментальных установок и методов измерения характеристикизлучения ЭРД, систематизированы основные результаты измерения характеристик излученияЭРДврадиодиапазоне.Приведеноописаниеаттестованнойкомбинированнойэкспериментальной установки НИИПМЭ МАИ с подвижной безэховой камерой (БЭК), накоторой в наземных условиях проводились основные экспериментальные исследования иизмерения характеристик излучения ЭРД в радиодиапазоне.Разработана и апробирована методика проведения экспериментальных измеренийхарактеристик излучения ЭРД в радиодиапазоне, включающая методы и порядок измерений,процедуры калибровки измерительного комплекса, математическое обеспечение и программныесредствадляобеспеченияпроведения,обработкииинтерпретациирезультатовэкспериментальных измерений.В третьей главе приводятся и анализируются основные результаты экспериментальныхизмеренийспектрально-временныххарактеристиксобственногоизлученияЭРДврадиодиапазоне, выполненных для лабораторных моделей ЭРД типа СПД-70, СПД-100, СПД140, ВЧИД-10 и АИПД-50, а также для исследования излучения полого катода, с использованиемразработанных методики и аппаратно-программного комплекса.Четвертая глава посвящена анализу статистических характеристик и математическихмоделей радиоизлучения СПД в частотной и временной областях.

Рассматриваютсяфеноменологические модели собственного электромагнитного излучения ЭРД различногоуровня детализации. Конечной целью создания таких моделей является разработкаматематических, а затем на их основе и имитационных моделей излучения ЭРД, которые моглибынайтиприменение взадачаханалитическогопроектированияиимитационногомоделирования радиосистем космической связи. Предложены две обобщенные математическиемодели излучения СПД в радиодиапазоне, первая - на основе модифицированной моделиФурутсу-Ишида (Модель 1), а вторая – на основе моделей Холла и стробированного гауссовскогошума (Модель 2).В пятой главе рассматриваются архитектура и алгоритмы реализации программногокомплекса для имитационного моделирования излучения СПД в радиодиапазоне. Проводитсяверификация программного комплекса для имитационного моделирования радиоизлучения СПДв радиодиапазоне на основе сравнения статистических характеристик реализаций сигналов,полученных при экспериментальных измерениях, и при имитационном моделировании.22Шестая глава посвящена анализу возможности использования аналитических моделей дляисследования влияния радиоизлучения ЭРД на достоверность передачи информации в РСКС иразработке имитационных моделей РСКС, включающих, кроме информационного канала, такжеканалы фазовой и символьной синхронизации.Седьмая глава посвящена исследованию влияния радиоизлучения СПД на вероятностьбитовой ошибки при передаче информации в РСКС и анализу зависимости энергетическогопроигрыша от параметров радиоизлучения СПД.В восьмой главе проводится исследование влияния предложенных методов квадратурнойкомпенсациивоздействияимпульснойкомпонентырадиоизлученияСПДнапомехоустойчивость РСКС, анализируются новые методы оценки текущих значений отношениясигнал-шум, в том числе на фоне импульсных помех, обеспечивающие реализацию адаптивногорежима компенсации.В заключении приводится систематизированное изложение основных научно-техническихрезультатов, полученных в результате выполнения диссертационной работы.23ГЛАВА 1 РАДИОСИСТЕМЫ КОСМИЧЕСКОЙ СВЯЗИ ИЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ РАКЕТНЫЕ ДВИГАТЕЛИ В ЗАДАЧАХ ОСВОЕНИЯБЛИЖНЕГО И ДАЛЬНЕГО КОСМОСАНакопление и совершенствование научных знаний о Земле и космическом пространстве,предоставление услуг в интересах социально-экономической сферы, науки и международногосотрудничества, создание научно-технического задела для перспективных космическихкомплексов и систем являются одними из приоритетных целей государственной политикиРоссии в области космической деятельности [1].В рамках поставленных целей планируется осуществление полетов автоматическихкосмических аппаратов к планетам и другим телам Солнечной системы, включая Луну, Марс,Юпитер, малые тела Солнечной системы и т.п.

Существенным элементом развития космическойинфраструктуры является также создание технических средств обеспечения транспортнотехнического обслуживания в космосе.Важная роль в решении данных задач отводится электроракетным двигательнымустановкам (ЭРДУ) на базе электрических ракетных двигателей (ЭРД), которые уже длительноевремя используются и хорошо зарекомендовали себя при управлении ориентацией, коррекцииорбит, довыведении космических аппаратов (КА) в околоземном пространстве и в качествемаршевых двигателей в программах исследования дальнего космоса. При этом дальнейшееразвитие ЭРД ожидается в направлении увеличения их мощности, использования вмногоразовых межорбитальных космических буксирах, а в перспективе - и межпланетныхбуксирах с мощными энергодвигательными установками [2], [3], [4], [5], [6].При реализации проектов с использованием ЭРД необходимо учитывать, что они являютсяисточниками электромагнитного излучения в радиодиапазоне, которое имеет шумоподобныйхарактер и недостаточно изученную спектрально-временную структуру, и могут оказыватьэлектродинамическое воздействие на бортовые радиосистемы КА.

При определенных условияхэтоможетсущественноповлиятьнаэнергетическийпотенциалихарактеристикипомехоустойчивости радиолиний, в особенности при проектировании систем радиосвязи с КАдальнего космоса.В связи с этим актуальным является решение научно-технической проблемы повышенияпомехоустойчивостирадиосистемкосмическойсвязи,функционирующихвусловияхвоздействия радиоизлучения, возникающего при работе ЭРД, в частности таких отработанных ишироко распространенных на практике, как стационарные плазменные двигатели (СПД), наоснове результатов экспериментального определения характеристик их излучения в наземныхусловиях.241.1 Особенности и направления использования электрических ракетныхдвигателей в задачах освоения ближнего и дальнего космосаИдея использовать электрическую энергию для ускорения рабочего тела в реактивныхдвигателях восходит еще к работам К.Э.Циолковского (1911 г.).

В 1916-1917 гг. Роберт Годдардпровел первые эксперименты, а в начале 1930-х годов в СССР под руководством В.П.Глушкобыл создан один из первых образцов действующего ЭРД. Впервые в космосе ЭРД былиопробованы на КА SERT-1 и автоматической межпланетной станции (АМС) «Зонд-2» в 60-хгодах прошлого века [7].В настоящее время опыт практического использования ЭРД в космосе превысил 50-летнийрубеж. ЭРД полностью подтвердили свою работоспособность и надежность при решении такихзадач, как: управление ориентацией, коррекция орбиты геостационарных КА различных классов,довыведение КА с промежуточной на рабочую геостационарную орбиту; реализуются проекты сиспользованием ЭРД в качестве маршевых двигателей.В ЭРД, по сравнению с химическими двигателями, где используется тепловой механизмускорения рабочего тела, электрическая энергия трансформируется в кинетическую, минуятепловую фазу.

С физической точки зрения ЭРД являются ускорителями заряженных частиц спомощью электрических и магнитных полей, и принципиально в них могут быть реализованыдостаточно высокие скорости истечения струи, создающей тягу (при современном уровнеразвития бортовой космической энергетики оптимальная скорость истечения составляет20000…50000 м/с и выше). Для сравнения: в химических двигателях, где температура газапринципиально ограничена теплотворной способностью топлива и не может быть выше 4…5тысяч градусов, скорости истечения не превышают 5000 м/с. С увеличением скорости истечениядля получения того же значения тяги нужно затрачивать меньше рабочего тела, при этомэкономится масса, что и является одним из главных преимуществ ЭРД [6].Важной особенностью ЭРД по сравнению с химическими двигателями является то, чторабочее тело находится в них в плазменном состоянии, и электродинамические эффектысопутствуют процессам как плазмообразования, так и ускорения плазмы.

Истекающая издвигателя ускоренная плазма формирует протяженное плазменное образование, называемоеплазменнойструей.Возможноеэлектродинамическоевоздействиеплазменнойструиобуславливает одну из основных проблем интеграции ЭРДУ с бортовыми системами КА, впервую очередь с его радиотехническим комплексом [6].С позиций систем космической связи электродинамическое воздействие ЭРД проявляется,во-первых, за счет изменения условий прохождения электромагнитных волн через плазменныеструи ЭРД. В результате изменения электрофизических свойств околообъектовой среды25возникают дополнительные рефракционные и дифракционные эффекты, дисперсионные иполяризационные искажения сигналов [6].Другим фактором воздействия ЭРД на системы космической связи является егособственное электромагнитное излучение в диапазоне работы радиосистем, имеющеешумоподобный характер и сложную спектрально-временную структуру. Указанные факторы приопределенных условиях могут существенно повлиять на энергетический потенциал ихарактеристики помехоустойчивости радиолиний.По мере увеличения требований к скорости передачи информации расширяется полосасигнала, увеличиваются требования к достоверности, помехоустойчивости и эффективностирадиосистем космической связи.