Бровкин А.Г., Бурдыгов Б.Г., Гордийко С.В. Бортовые системы управления космическими аппаратами (2010) (1246599), страница 11
Текст из файла (страница 11)
Информация об угловых координатах центра Солнцаопределяется по состоянию выходных сигналов фотоприемников ификсации момента времени их переключения. Направление на центрСолнца определяется в два этапа:– вращением КА вокруг оси OХп до момента появления хотя быодного сигнала с фотоприемника;– вращением КА вокруг оси OУп до момента появления сигналас двух фотоприемников.ДАТЧИКИ ПЕРВИЧНОЙ ИНФОРМАЦИИ БОРТОВОЙ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯФиксация во времени моментов переключения сигналов и знаниезначений угловой скорости вращения КА позволяют вычислить и запомнить угловые координаты центра Солнца в истинной или условной инерциальной системе координат. При этом погрешностьопределения координат центра Солнца зависит от точности, с которойфиксируются переключения и учитываются угловые скорости.
Проведение специальных калибровочных работ с СДП-1 позволяет получить точностные характеристики в несколько угловых минут.Оптическая камера каждого канала ПОС (СДП-1) состоит из:– нейтрального фильтра;– щелевой маски;– фотоприемника.Нейтральный фильтр используется для ослабления потока излучения Солнца, поступающего на вход оптической камеры, с цельюобеспечения допустимого уровня освещенности фотоприемника. Нейтральный фильтр выполняется методом вакуумного напыленияметаллической пленки на верхнюю часть кварцевого стекла маркиК-208 и слой In2O3, имеющего электрический контакт с корпусом прибора для снятия электрического заряда.На нижнюю часть кварцевого стекла нанесена непрозрачная металлическая пленка, на которой методом фотолитографии сформирована щелевая маска.
Щелевая маска предназначена для формированияосвещенности при попадании Солнца в поле зрения камеры.В качестве фотоприемника в оптической камере используется фотодиод.Солнечный датчик положения СДП-1 имеет следующие оптические параметры:• коэффициент пропускания фильтра – 1/2500…1/3000;• фокусное расстояние (расстояние от фотоприемной поверхности до щелевой маски) – F = 10,5 мм;• ширина щели – 200 мкм. Форма щели выбрана с учетом обеспечения постоянной ширины поля зрения и освещенности фотодиода.Усилительный тракт прибора содержит два идентичных канала,усиливающих сигналы с каждого фотодиода.
Оба канала фотоприем-7576БОРТОВЫЕ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ КОСМИЧЕСКИМИ АППАРАТАМИника и усилителя дублированы с холодным резервированием. Сигналс фотодиода через развязывающие сопротивления поступает на пороговые устройства. При превышении входного напряжения заданногоуровня на выходе появляется сигнал высокого уровня (логическая единица). Питание осуществляется постоянным напряжением 12,6вольт.Основные характеристики СДП-1 приведены в табл.
3.7.Таблица 3.7ПараметрРазмерностьЗначениеТочность определения ориентациина Солнцеград2,5Поле зренияПотребляемая мощностьГабаритыМассаградВтммкг185 50,2595 30 500,15Недостатком датчиков Солнца является невозможность функционирования в тени Земли.3.5. МагнитометрМагнитное поле Земли имеет достаточно высокую напряженность. На магнитных полюсах его силовые линии направлены отвеснои характеризуются напряженностью порядка 60 мкТл , 0,6 Гс. На магнитном экваторе они практически горизонтальны и имеют интенсивность порядка 30 мкТл , 0,3 Гс. Форма магнитного поля Земли идинамика ее изменения достаточно хорошо изучены, что позволяетделать прогноз на несколько лет вперед (например всемирная модельмагнитного поля WMM 2005).Это дает основания для определения ориентации КА на основеизмерения составляющих вектора напряженности магнитного поля восях приборной системы координат. Таким образом, магнитометр –это прибор, предназначенный для измерения параметров магнитногоДАТЧИКИ ПЕРВИЧНОЙ ИНФОРМАЦИИ БОРТОВОЙ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯполя Земли (электромагнитной индукции).
В качестве примера можетбыть приведен датчик магнитного поля, выпускаемый фирмой Meda,США (рис. 3.8).Рис. 3.8 Датчик магнитного поля, выпускаемый фирмой Meda, СШАПри суммарном весе блока чувствительных элементов и блокаэлектроники около 1,8 кг датчик обладает способностью измерять магнитное поле интенсивностью в диапазоне 0,1…1,0 Гс с точностью порядка 1 %. Это дает возможность определять ориентацию векторанапряженности магнитного поля Земли в приборной системе координат с точностью порядка десятых долей градуса.Магнитометр разработки НИИЭМ (г. Истра) состоит из первичного датчика геомагнитного поля, располагаемого на внешней сторонекорпуса КА, и трехканального электронного преобразователя, реализованного в исполнительных платах коммутационно-преобразующегоустройства.Первичный датчик геомагнитного поля представляет собой датчик ферроиндукционного типа и содержит три феррозонда (ферроиндукционных преобразователя), размещенных параллельно осям реберкуба.
Оси феррозондов ориентируются параллельно координатнымосям КА.Каждый феррозонд состоит из сердечника и четырех обмоток:– обмотки возбуждения;– сигнальной обмотки;– компенсационной обмотки;– калибровочной обмотки.7778БОРТОВЫЕ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ КОСМИЧЕСКИМИ АППАРАТАМИСердечник изготовлен из тонкой ленты аморфного пермаллоя (материал с очень узкой петлей гистерезиса).Обмотка возбуждения предназначена для принудительного перемагничивания сердечника током возбуждения.Сигнальная обмотка предназначена для получения сигналов, несущих информацию об измеряемом поле.Компенсационная обмотка предназначена для реализациикомпенсационного метода измерения. Калибровочная обмотка используется при проведении технологических тестов системы для компенсации индукции геомагнитного поля и задания калибровочныхсигналов.В состав электронного преобразователя входят следующие функциональные узлы:– узел управления;– генератор импульсов тока возбуждения;– трехканальный преобразователь сигналов измерения;– трехканальный формирователь токов калибровки.Преобразователь включает три одинаковых взаимно ортогональных феррозонда, жестко закрепленных в корпусе.
Три крышки вместес корпусом образуют электрически замкнутый экран, защищающийферрозонды от наводок электромагнитного поля. Электрическое соединение феррозондов с внешними устройствами и их калибровка осуществляются через соединители.На корпусе преобразователя установлена шпилька металлизации,обеспечивающая электрический контакт с корпусом КА посредствомпроводного соединения кабельными наконечниками.Феррозонд состоит из магнитопровода, катушки и колодки с восемью контактами.
Магнитопроводом является пермаллоевая лента,вложенная в катушку. На катушке намотаны четыре обмотки: сигнальная, компенсации, калибровки и возбуждения.Трехканальный формирователь токов калибровки используется впроцессе проведения теста магнитометра. Он предназначен для компенсации внешнего поля и задания калибровочного поля.ДАТЧИКИ ПЕРВИЧНОЙ ИНФОРМАЦИИ БОРТОВОЙ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯКаждый канал формирователя содержит цифроаналоговый преобразователь (ЦАП), сумматор и усилитель мощности.Технические характеристики магнитометра приведены в табл. 3.8.Технические характеристики преобразователя геомагнитного поляприведены в табл. 3.9.ПараметрДиапазон измеряемой магнитной индукцииПогрешность, не болееПогрешность в нуле, не болееРазмерностьмкТлЧувствительность, не хужеВыходное напряжение каналов каждой оси%0,5мкТлПотребляемая мощностьМассаРабочий диапазон температурГабаритные размерыМощность рассеяния, не болееМасса600,2Постоянная времениПараметрЗначениемкТл%Погрешность по крутизне, не болееТаблица 3.80,05В3,0Вт0,3сгРазмерность10,05600Таблица 3.9Значение°Сот – 60 до 60Вт0,02ммг949079270307980БОРТОВЫЕ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ КОСМИЧЕСКИМИ АППАРАТАМИ4.
ИСПОЛНИТЕЛЬНЫЕ ОРГАНЫ СИСТЕМ СТАБИЛИЗАЦИИИ ОРИЕНТАЦИИ КОСМИЧЕСКИХ АППАРАТОВВ настоящее время в качестве исполнительных органов для систем стабилизации и ориентации космических аппаратов (КА) используются следующие электромеханические устройства: силовыегироскопические комплексы (СГК), комплексы управляющих двигателей-маховиков (КУДМ), комплексы магнитных исполнительных органов (КМИО), а также газореактивные и стационарные плазменныедвигатели.Однако функции их ограничиваются кратковременной работойдля обеспечения особо точной ориентации или коррекции положенияКА, подверженного внешним возмущениям.Основным достоинством СГК, КУДМ и КМИО является способность создавать управляющие моменты лишь за счет затрат электроэнергии без затрат, подобно жидкостным или газореактивнымдвигателям, специального рабочего тела – топлива или газа. Для современных КА наблюдения за объектами в космосе или на Земле и работающих на орбите несколько лет необходимые запасы топлива могутисчисляться десятками тонн, если программные повороты КА осуществлять только с помощью реактивных двигателей.
Использованиеже для этой цели электромеханических исполнительных органов позволяет создавать практически безрасходные системы ориентации.4.1. Силовые гироскопические комплексыСиловые гироскопические комплексы предназначены для использования в качестве исполнительных органов систем стабилизации и ориентации тяжелых и средних КА. СГК создают управляющиемоменты в режимах стабилизации и программных поворотов КА относительно опорной системы координат.По сравнению с двигателями-маховиками СГК обладают темпреимуществом, что позволяют создавать управляющие моменты высокого уровня при значительно меньшей мощности потребляемойэлектроэнергии.
Для современных высокодинамичных систем ориентации КА это отличие может составлять несколько порядков.ИСПОЛНИТЕЛЬНЫЕ ОРГАНЫСИСТЕМ СТАБИЛИЗАЦИИ И ОРИЕНТАЦИИ КОСМИЧЕСКИХ АППАРАТОВДругим важным для КА достоинством СГК является их способность реализовывать линейное, широкодиапазонное и высокоточноеуправление моментом, благодаря чему могут быть получены точности стабилизации КА, измеряемые единицами угловых секунд. Применение СГК в системах ориентации КА способствует такжедостижению более высокой надежности работы систем ориентации –чрезвычайно важного требования в космической технике. Это достигается как комплексированием исполнительных устройств различноготипа и принципа действия, так и за счет достаточно просто осуществляемого резервирования элементов самого СГК.
По этим причинамв состав практически всех современных прецизионных, высокодинамичных систем ориентации КА включаются СГК. В силу спецификирешаемых ими задач, особенностей функционирования и конструкторских решений они представляют собой самостоятельный класс гироскопических устройств.Ведущим в России в области разработки СГК для различного родаКА является ФГУП «НИИ командных приборов».
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
