Бровкин А.Г., Бурдыгов Б.Г., Гордийко С.В. Бортовые системы управления космическими аппаратами (2010) (1246599), страница 12
Текст из файла (страница 12)
В течение последних 30 лет предприятием разработано несколько поколений СГК, изготовлено более 500 комплексов, которые наработали в условияхкосмического пространства более 33 лет, а при наземных испытаниях– около 50 лет. Отдельные образцы при испытаниях непрерывно работали до 15 лет. При этом полностью подтверждены как высокая надежность разработанных СГК, так и эффективность их применения.Основным типом СГК, разрабатываемых в настоящее время,являются гиродины – двухстепенные управляющие силовые гироскопы.
Первый комплекс этого типа с кинетическим моментом гироскопа 100 Н.м.с был спроектирован для космической астрофизическойлаборатории «Гамма» [33], созданной РКК «Энергия». В системе ориентации данного КА использовалось шесть гироскопов. Они обеспечили безотказную ориентацию КА в течение 1,5 лет при угловыхскоростях программного поворота до 1 град/сек, точности стабилизации КА до 0,003 град/сек по угловой скорости и 10 – 15 угл.сек по углу(рис.
4.1).8182БОРТОВЫЕ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ КОСМИЧЕСКИМИ АППАРАТАМИРис. 4.1 Двухстепенный управляющий силовой гироскопНа основе гироскопов с кинетическим моментом 250 Н.м .с разработаны гиродины для серии астрофизических КА типа «Спектр», создаваемых НПО им. С.А. Лавочкина [28] (рис. 4.2).Рис. 4.2 Гиродины для астрофизических КА типа «Спектр»Для международной космической станции «Альфа» разработаныи изготовлены гиродины, гироскопы которых имеют кинетический момент 5000 Н.м.с (рис. 4.3).Специфической особенностью СГК является построение их набазе гироскопов с бесконтактным подвесом чувствительного элементав потоке газа или жидкости.
Некоторые СГК оснащены приборамиастрокоррекции, для чего разработаны звездные каталоги, методыИСПОЛНИТЕЛЬНЫЕ ОРГАНЫСИСТЕМ СТАБИЛИЗАЦИИ И ОРИЕНТАЦИИ КОСМИЧЕСКИХ АППАРАТОВРис. 4.3 Гиродин для МКС «Альфа»предпусковой калибровки командных приборов и автономного определения начальной ориентации гироплатформы.Проектирование всех современных СГК базируется на технических решениях, унифицированных по принципу построения. У силового гироскопа – это ротор из специально обработанной высокопрочной стали, шарикоподшипниковые опоры ротора с узламиподпитки маслом, вакуумированный корпус из алюминиевых сплавов,в части электропривода – низкоскоростные бесконтактные двигателипостоянного тока с высокоэффективными магнитами и широкодиапазонной системой управления скоростью.
Электроника комплексовобеспечивает тестирование, самоконтроль и глубокую диагностикуработы СГК.Разработанные технические решения позволяют реализовать современные технические требования, предъявленные к СГК создателямиКА, в частности ресурс работы комплекса до 10-15 лет, уровнимаксимального управляющего момента до 1000 Н.м, диапазон регулирования управляющего момента 1 : 2000, точность реализации управляющего момента 1-2 %, точность формирования информации обугловом положении гироскопа до 3-5 угл.мин. При этом в зависимостиот объекта применения может быть реализовано конструктивноеисполнение как для герметичных, так и негерметичных приборных8384БОРТОВЫЕ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ КОСМИЧЕСКИМИ АППАРАТАМИотсеков КА. Возможность достижения указанных характеристик базируется на многолетних испытаниях элементов, узлов, систем и приборов по подтверждению их технических характеристик в течениедлительного ресурса, а также на результатах их эксплуатации в натурных условиях.4.2.
Комплексы управляющих двигателей-маховиковНаряду с силовыми гироскопическими комплексами в системахориентации и управления КА по-прежнему широко используется другой тип электромеханических исполнительных устройств – управляющие двигатели-маховики. Двигатели-маховики изготавливаютсяна основе управляемого моментного бесконтактного двигателя постоянного тока и предназначены для использования вкачестве исполнительного органа систем стабилизации иориентации средних и малыхКА с длительным срокомслужбы (рис. 4.4).Функции маховой массывыполняет ротор с постоянными магнитами, расположенными на максимально возможном диаметре.
В двигателях-маховиках максимальноснижены тормозные моменты.Электродвигатель обеспечивает реверсивное вращениеротора-маховика, его торможение, а величина создаваемого им вращающего (управляющего) момента при этомможет плавно меняться в заданном диапазоне в соответ- Рис. 4.4 Общий вид двигателя-маховикаИСПОЛНИТЕЛЬНЫЕ ОРГАНЫСИСТЕМ СТАБИЛИЗАЦИИ И ОРИЕНТАЦИИ КОСМИЧЕСКИХ АППАРАТОВствии с сигналом управления, подаваемым на вход двигателя-маховика. Двигатели-маховики для управления КА объединяются вкомплекс из трех, четырех или шести управляющих двигателей-маховиков.
Внешний вид одного из управляющих двигателей-маховиковпоказан на рис. 4.4.В состав КУДМ (разработки ФГУП «НИИ командных приборов»)для КА «Монитор-Э», например, входят четыре двигателя-маховика(ДМ), предназначенные для создания управляющих моментов по осям,параллельным осям вращения роторов ДМ, и электронный прибор(ЭП), предназначенный для управления четырьмя ДМ и сопряженияКУДМ с системами управления и телеметрической информации. Двигатели-маховики устанавливаются по схеме «пирамида» (см. раздел 6).В состав ЭП входят один резервированный контроллер (резервирование горячее) и восемь блоков управления двигателями (БУД). Скаждым ДМ связаны два БУД (основной и резервный), которые формируют канал управления (КУ) соответствующего ДМ.
Двигательмаховик вместе с каналом управления является оборудованием«горячего резерва» и называется управляющим двигателем-маховиком (УДМ).Схема КУДМ предусматривает возможность управления (включения/отключения) резервами в каждом канале управления по командам бортовой системы управления (БСУ).ДМ на основе бесконтактного двигателя постоянного тока (БДПТ)может работать в режимах разгона, торможения и выбега.
При разгоне(торможении) на КА действует управляющий момент в соответствиис управляющим сигналом, заданным бортовой цифровой вычислительной системой (БЦВС). При выбеге на КА действует момент, определяемый сопротивлением вращению ротора. Напряжение питанияподается на КУДМ непосредственно от системы электроснабжения(СЭС) без коммутации на отдельный разъем.Включение КУДМ осуществляется в два этапа.
Сначала при подаче напряжения питания включаются модули оконечного устройства(ОУ) в ЭП, после чего КУДМ готов к приему управляющих кодовыхсигналов из БЦВС. Включение и отключение модулей ОУ осущест-8586БОРТОВЫЕ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ КОСМИЧЕСКИМИ АППАРАТАМИвляется одновременно через коммутатор по команде БЦВС. На втором этапе производится выбор и включение КУ по командам из БЦВС.При этом включается либо основной, либо резервный БУД выбранного КУ. Затем в соответствии с выдаваемыми БЦВС управляющимикодами задается требуемое значение управляющего момента для всехвключенных КУ. Управляющий момент, действующий на корпус КА,создается не позднее чем через 0,3 сек после получения КУДМ управляющего кода. При нулевых значениях управляющего кода роторыДМ переходят в режим выбега.Обмен информацией между КУДМ и БЦВС осуществляется с использованием магистрального последовательного интерфейса поГОСТ Р 52070-2003 [8] в соответствии с протоколом электрического иинформационного взаимодействия между КУДМ и БЦВС.
Основныетехнические характеристики КУДМ приведены в табл. 4.1.Наименование параметраТаблица 4.1ЗначениеКинетический момент ДМ, в пределах±(18…19,8) Н.м.сМинимальный управляющий момент±0,001 Н.мМаксимальный управляющий моментМаксимальный момент сопротивленияПотребляемая мощность одного КУ при частоте вращения ротора 4000 об/мин и управляющем моменте 0,1 Н.м, не болееПотребляемая мощность одного КУ при частоте вращения ротора 0 об/мин и управляющем моменте 0 Н.м, не более±0,2 Н.м0,023 Н.м83 Вт8 ВтДвигатель-маховик предназначен для создания управляющих моментов по оси ротора.
ДМ выполнен из унифицированных модульныхузлов:– ротора;ИСПОЛНИТЕЛЬНЫЕ ОРГАНЫСИСТЕМ СТАБИЛИЗАЦИИ И ОРИЕНТАЦИИ КОСМИЧЕСКИХ АППАРАТОВ– корпуса с крепежным фланцем;– защитного кожуха;– двух радиально-упорных шарикоподшипников (ШП);– бесконтактного двигателя постоянного тока с датчиком положения ротора (ДПР);– двух динамических узлов подпитки ШП маслом;– датчика температуры ШП;– кабеля с вилкой.ДМ представляет собой ротор (маховик) с жестко закрепленнойосью вращения. ДМ приводится в движение БДПТ, обеспечивающимнаилучшие энергетические характеристики прибора в широком диапазоне частот вращения и высокую надежность. Изменение кинетического момента ДМ производится путем изменения частотывращения ротора.
Прибор выполнен реверсивным, чтобы иметь возможность создавать моменты как положительного, так и отрицательного знаков.В собранном виде ДМ, БДПТ и ДПР представляют собой единуюэлектромеханическую систему, регулировка которой обеспечивает максимальный вращающий момент при заданном энергопотреблении, атакже симметричность характеристик при вращении влево и вправо.Ротор двигателя-маховика установлен на оси, консольно закрепленной в корпусе на скоростных радиально-упорных подшипниках, иприводится во вращение БДПТ, установленным по оси ротора маховика.
Для показанного на рис. 4.4 бесконтактного двигателя постоянного тока обмотка статора является трехфазной с соединением фаз в«звезду» без вывода нулевой точки. Для работы с резервным БУД статор имеет резервную обмотку. ДПР предназначен для съема информации об угловом положении ротора, используемой для коммутациифаз двигателя. В качестве датчика положения ротора используется индукционный датчик типа «микросин».Информация об угловой скорости ротора представляет собой последовательность импульсов, частота следования которых пропорциональна скорости.
За один оборот ротора с ДПР снимается 48 импульсов.8788БОРТОВЫЕ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ КОСМИЧЕСКИМИ АППАРАТАМИПодвод электрического питания на двигатель, съем информациио скорости вращения ротора и температуре ШП-узлов осуществляетсячерез разъем, который устанавливается на корпусе ДМ.Электронный прибор обеспечивает:– управление четырьмя ДМ по кодовым сигналам, передаваемым из БЦВС по мультиплексному каналу обмена (МКО);– передачу в БЦВС по МКО информации о скорости и токе двигателей ДМ и об исправности УДМ;– формирование телеметрической информации и передачу ее всистему телеметрической информации (СТИ).Электронный прибор состоит из контроллера и четырех каналовуправления ДМ, каждый из которых состоит из основного и резервного блока управления двигателем. Контроллер содержит два дублированных приемопередающих устройства (ППУ), два модуля резервированного ОУ (ОУ1 и ОУ2), включающего кодер/декодер, три выполненных на базе микропроцессоров адаптера обмена (АО1…АО3)(троированный канал), обеспечивающих выдачу и прием информациииз КУ, восемь контроллеров БУД (по количеству БУД), производящихнеобходимую обработку информации, поступающей в блоки БУД ивыдаваемой из них.Блок управления двигателем предназначен для:– приема из контроллера команд на включение (отключение)двигателя-маховика и кода заданного управляющего момента;– выдачи в контроллер кода и знака средней скорости, кода токадвигателя, признака неисправности канала УДМ по несоответствиюфактического значения момента заданному;– формирования в обмотках двигателя тока, соответствующегозаданному моменту с определенной дискретностью;– коррекции тока ДМ с целью учета влияния на суммарный момент момента сопротивления двигателя, изменения сдвига угла коммутации фаз и других факторов, влияющих на управляющий момент;– контроля соответствия фактического значения управляющегомомента заданному по информации о скорости вращения и выработкипризнака неисправности УДМ по управляющему моменту;ИСПОЛНИТЕЛЬНЫЕ ОРГАНЫСИСТЕМ СТАБИЛИЗАЦИИ И ОРИЕНТАЦИИ КОСМИЧЕСКИХ АППАРАТОВ– контроля соответствия фактического значения тока двигателязаданному с учетом поправок и выработки признака неисправностиУДМ по току.Функциональная схема блока БУД приведена на рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
