Отзывы оппонентов 1 (Повышение помехоустойчивости радиосистем космической связи при воздействии радиоизлучения стационарных плазменных двигателей)

отзыв официального оппонента доктора технических наук Семйнкина Александра Вениаминовича на диссертационную работу Важенина Николая Афанасьевича «Повышение помехоустойчивости радиосистем космической связи при воздействии радиоизлучения стационарных плазменных двигателей», представленную к защите на соискание ученой степени доктора технических наук в диссертационный совет Д 212.125.03 при Московском авиационном институте (государственном техническом университете) по специальностям 05.12.04 «Радиотехника, в том числе системы и устройства телевидения» и 05.07.05 «Тепловые, электроракетные двигатели и энергоустановки летательных аппаратов». Актуальность темы выполненной работы методики испытаний по измерению излучения и совместимости ЭРД с системами КА.

определению электромагнитной Г , ОБп1и~~ф$ дед Или" 1«ьь' М':"',» 1 1 Электрические ракетные двигатели (ЭРД) уже достаточно давно успешно используются и хорошо себя зарекомендовали в задачах освоения ближнего и дальнего Космоса. В тоже время развитие и совершенствование космических аппаратов 1КА) ставит задачи увеличения мощности и других эксплуатационных характеристик ЭРД. Прн этом необходимо учитывать, что как показывают экспериментальные измерения, ЭРД, в частности стационарные плазменные двигатели (СПД), являются источниками широкополосного электромагнитного излучения в радиодиапазоне, которое имеет шумоподобный характер и сложную спектрально-временную структуру. При определенных условиях это излучение может существенно повлиять качество функционирования аппаратуры космического аппарата, в том числе раднолиний космической связи «ЗемляКА».

Существует проблема корректного измерения электромагнитного излучения ЭРД и плазменных струй в радиодиапазоне, поскольку известные методы и подходы для измерения радиоизлучения, применяемые, например, для антенных комплексов космических аппаратов, не могут быть непосредственно использованы применительно к электроракетным двигателям. Поскольку в наземных условиях испытания ЭРД происходят в металлических вакуумных камерах, которые являются резонаторами для электромагнитного шума, и в объеме которых распространяется плазменная струя, влияющая на генерацию и распространения радиоизлучения, невозможно непосредственно использовать стандартные В связи с этим актуальным является создание специализированного испытательного стенда и методологии испытаний, позволяющих получить наиболее достоверные данные об излучении ЭРД, экспериментальное исследование характеристик радиоизлучения, возникающего при работе различных ЭРД в различных режимах, получение количественных оценок влияния данного излучения на характеристики помехоустойчивости ргдиолиний космической связи «Земля-КА» и разработка методов повышения помехоустойчивости в этих условиях.

Решению этой проблемы и посвящена рассматриваемая диссертационная работа Важенина Н,А., которая по постановке задачи и своему содержанию носит междисциплинарный характер и соответствует паспортам специальностей 05.12Л)4 «Радиотехника, в том числе системы и устройства телевидения» и 05.07.05 «Тепловые, электроракетные двигатели и энергоустановки летательных аппаратов» 1технические науки), Содержание диссертационной работы Рассматриваемая диссертационная работа состоит из введения, восьми глав, заключения„списка из 2б4 использованных источников и 3 приложений. С точки зрения логической структуры работы она содержит две взаимосвязанные части: первая посвящена созданию специализированного стенда и экспериментальному исследованию характеристик радиоизлучения СПД, анализу влияния на ннх режимов работы СПД„разработке и верификации математических и имитационных моделей такого излучения, вторая — связана с разработкой математических и имитационных моделей радиосистем космической связи (РСКС), функционирующих в условиях воздействия излучения СПД„количественной оценке и анализу влияния этого излучения на характеристики помехоустойчивости РСКС, а также разработке и исследованию методов борьбы с влиянием импульсной компоненты радиоизлучения СПД.

Во введении диссертационной работы приведена общая характеристика работы, обоснована актуальность темы исследования, определены цель работы и решаемые научнотехнические задачи. Сформулированы научная новизна и практическая ценность работы, а также приведены положения, выносимые на защиту. В первой главе проведен анализ основных направлений использования ЭРД в задачах освоения ближнего и дальнего космоса, дано описание типов ЭРД, принципов их функционирования, основных характеристик и тенденций развития.

Проанализированы виды воздействия ЭРД на радиосистемы КА н выделены основные факторы, влияющие на качество функционирования РСКС. Проведен анализ параметров РСКС ближнего и дальнего космоса„необходимых для анализа помехоустойчивости. Во второй главе проведен анализ современного состояния экспериментальных установок и методов измерения характеристик излучения ЭРД радиодиапазоне. Рассмотрены нормативно-метрологические и методические основы проведения экспериментальных исследований излучения ЭРД, дано описание экспериментальной установки НИИ ПМЭ МАИ, созданной для исследования характеристик ЭРД в наземных условиях, изложена разработанная и апробированная методики проведения экспериментальных измерений характеристик излучения ЭРД в радноднапазоне, методы и порядок измерений, процедуры калибровки измерительного комплекса, математическое обеспечение и программные средства для обеспечения проведения, обработки н интерпретации результатов экспериментальных измерений.

Существенно, что созданный стенд не имеет аналогов в России и является необходимой частью национальной системы испытательных стендов, обеспечивающих исследование и отработку ЭРД в нашей стране. В третьей главе проводится анализ основных результатов экспериментальных измерений спектрально-временных характеристик собственного излучения ЭРД в радиоднапазоне для лабораторных моделей ЭРД типа СПД-70, СПД-100, СПД-140, ВЧИД- 10, АИПД-50 и излучения полого катода, полученных автором с использованием разработанных им методики и аппаратно-программного измерительного комплекса.

Следует подчеркнуть, что в диссертации впервые проведено систематическое исследование электромагнитного излучения различных электроракетных двигателей, в том числе, влияние режима работы на характер и уровень излучения, а также показано существенное влияние полого катода-нейтрализатора на характер электромагнитных колебаний, возникающих при работе ЭРД.

Четвертая глава посвящена анализу статистических характеристик и математических моделей радиоизлучения СПД в частотной н временной областях. Рассматриваются феноменологические модели собственного электромагнитного излучения ЭРД в радиодиапазоне. На основе проведенного анализа предложены и исследованы обобщенные математические модели радиоизлучения СПД: на основе модифицированной модели Фурутсу-Ишида и на основе моделей Холла и стробнрованного гауссовского шума.

Данные модели могут найти применение в задачах аналитического проектирования и имитационного моделирования РСКС, а также при создании имитаторов радиоизлучения СПД при наземном тестировании н проверке электромагнитной совместимости (ЭМС) радиосистем космической связи, функционирующих совместно с ЭРД. В пятой главе рассматриваются архитектура н алгоритмы реализации программного комплекса для имитационного моделирования излучения СПД в радиодиапазоне, проводится верификация разработанного программно-алгоритмического комплекса для имитационного моделирования излучения СПД в ради одиапазоне на основе сравнения результатов моделирования с результатами соответствующих экспериментальных измерений.

Шестая глава посвящена анализу возможности использования аналитических моделей для исследования влияния радиоизлучения ЭРД на достоверность передачи информации в РСКС и разработке имитационных моделей РСКС, включающих, кроме информационного канала, также каналы фазовой и символьной синхронизации. Описывается разработанный специализированный программно-алгоритмический комплекс для имитационного моделирования РСКС и исследования характеристик передачи информации с учетом совместного воздействия АБГШ и радиоизлучения СПД не только на информационный канал, но и на каналы фазовой н символьной синхронизации. Седьмая глава посвящена исследованию влияния радиоизлучения СПД на вероятность битовой ошибки при передаче информации и анализу зависимости энергетического проигрыша от параметров радиоизлучения СПД.

Исследования проводились применительно к РСКС с методами модуляции ФМн-2, ФМн-4, ФМн-З, ФМн- 16, КАМ-16 и КАМ-64. Полученные результаты позволяют количественно оценивать достоверность передачи информации и энергетический проигрыш РСКС при воздействии радиоизлучения СПД для широкого круга условий функционирования и параметров радиолинни, В восьмой главе проводится исследование влияния на помехоустойчивость РСКС предложенных и защищенных патентами методов борьбы с импульсной компонентой радиоизлучения СПД, анализируются новые методы оценки текущих значений отношения сигнал-шум (ОСШ), в том числе и при воздействии радиоизлучения СПД, обеспечивающие реализацию адаптивного режима работы подавителя помех. В заключении сформулированы основные результаты, полу енные в диссертационной работе. Достоверность результатов исследовании Достоверность результатов работы обеспечивается корректным использованием математического аппарата при получении научных результатов, сопоставлением полученных автором результатов с данными, опубликованными в отечественной и зарубежной литературе„экспериментальной проверкой предложенных математических моделей, а также использованием измерительных средств и оборудования, прошедших своевременную поверку и метрологическую аттестацию.

Научная новизна исследований и полученных результатов заключается в следующем: 1. Впервые разработан комплекс оборудования„методов, математических моделей, аппаратно-программных и программно-алгоритмических средств, позволяющих наиболее достоверно проводить измерения радиоизлучения электроракетных двигателей в наземных условиях, анализ влияния этого излучения на помехоустойчивость радиосистем космической связи с космическими аппаратами (КА), оснащенными ЭРД, позволивший впервые получить количественные оценки помехоустойчивости в этих условиях и разработать методы ее повышения, 2.

Экспериментально определена спектрально-временная структура и параметры излучения СПД в радиодиапазоне, на основе проведенных экспериментальных исследований и их статистической обработки сформирована информационная база данных спектрально- временных характеристик радиоизлучения для различных типов СПД и их интегральных параметров, необходимая для разработки и реализации математических и имитационных моделей такого излучения.

3. Исследовано влияние на характеристики излучения СПД его функциональных и конструктивных элементов. Установлено, что электродинамические процессы в катодекомпеисаторе на основе полого катода являются одной из причин возникновения нетеплового излучения СПД в радиодиапазоне. Показано, что результаты измерения текущих параметров радиоизлучения СПД могут быть использованы для контроля состояния и оптимизации параметров работы СПД. 4, Разработаны и апробированы обобщенные математические модели излучения СПД в радиоднапазоне: на основе модифицированной модели Фурутсу-Ишида и на основе моделей Холла и стробированного гауссовского шума.

Для их реализации разработаны методы и алгоритмы имитационного моделирования радиоизлучения СПД, позволяющие создавать программные н аппаратные имитаторы радиоизлучения СПД, которые могут быть использованы как для исследоваши помехоустойчивости радиосистем космической связи, так н при проведении наземных испытаний бортового оборудования КА. 5. Впервые получены н исследованы количественные оценки зависимости вероятности битовой ошибки и энергетического проигрыша радиосистем космической связи от отношения сигнал-шум, отношения сигнал-импульсная помеха и временных параметров импульсного излучения используемых и перспективных моделей СПД.