Бровкин А.Г., Бурдыгов Б.Г., Гордийко С.В. Бортовые системы управления космическими аппаратами (2010) (1246599), страница 14
Текст из файла (страница 14)
В состав газореактивной системы входят двигатель коррекции траектории и системы (основная и резервная)микродвигателей стабилизации, каждая из которых состоит из 4-х двигателей стабилизации КА в канале крена (моментная схема) и 4-х двигателей стабилизации в каналах тангажа и рыскания (силовая схема).Каждый двигатель коррекции траектории обеспечивает:– выдачу удельного импульса,– взаимное фазирование траекторий нескольких КА относительно друг друга и требуемой силовой линии путем выдачи до 20 м/схарактеристической скорости на каждом КА,– выдачу импульсов коррекции траекторий до 3 м/с ежемесячнодля каждого КА (в сумме за 3 года существования до 110 м/с).Двигатель имеет следующие характеристики:• рабочее тело – гидразин,• тяга – 25 Н,• допуск на тягу ± 5 Н,• удельная тяга – 220 м/с,• допуск на удельную тягу ± 5 м/с,• угловое отклонение вектора тяги от геометрической оси двигателя – 0,5 град,• точность установки двигателя на корпусе КА – 1 мм,• расстояние от точки приложения тяги до центра масс КА – 0,5 м.При массе КА 350 кг данный двигатель будет создавать линейноеускорение в направлении продольной оси 0,0714 ± 0,014 м/с2.Микродвигатели стабилизации предназначены для:– стабилизации углового положения КА,– создания и ликвидации угловой скорости переориентации,– «разгрузки» электромаховичных исполнительных органов.С точки зрения управляемости КА, управляющий момент, создаваемый двигателями стабилизации, по крайней мере, должен превышать возмущающий момент от работы двигателя коррекции сразумным запасом в пределах 1,5…2.
То есть управляющий моментИСПОЛНИТЕЛЬНЫЕ ОРГАНЫСИСТЕМ СТАБИЛИЗАЦИИ И ОРИЕНТАЦИИ КОСМИЧЕСКИХ АППАРАТОВдолжен составить 1…1,32 Н.м в каналах тангажа и рыскания и неменее 0,01 Н.м в канале крена.Двигатели такой тяги будут создавать управляющие моменты исоответствующее угловое ускорение• в канале тангажа – M z = 1,2 Н.м и Az = 0,34 град/с2,• в канале рыскания – M y = 1,2 Н.м и Ay = 0,275 град/с2,• в канале крена – M x = 0,0096 Н.м и Ax = 0,00122 град/c2.Полученные значения угловых ускорений в каналах тангажа и рыскания потребуют повышенного расхода рабочего тела на стабилизацию КА, а в канале крена будет ощущаться недостаточная управляемость КА при переориентациях.
Для достижения определенногокомпромисса между управляемостью и расходом рабочего тела ужесточают технологические требования к точности изготовления КА идвигателей стабилизации:• при отклонении вектора тяги двигателя коррекции от центрапосадочных отверстий – 0,5 мм (вместо 1 мм),• при точности установки двигателя коррекции на корпусе КА –0,5 мм (вместо 1 мм),• при отклонении положения центра масс КА от продольнойоси – 5 мм (вместо 20 мм).Выбранная таким образом тяга двигателей стабилизации обеспечивает несколько повышенный расход рабочего тела, но достаточнуюуправляемость КА при работе двигателя коррекции и хорошую управляемость КА в режиме переориентаций и поисковых движений привосстановлении трехосной ориентации.4.5.
Магнитные исполнительные органыКак указывалось выше, наиболее предпочтительная для малогоспутника система ориентации определяется требованиями к его угловому движению и к его массово-габаритным параметрам и энергетическим возможностями. Если возможности установки активныхисполнительных органов и датчиков ориентации наряду с вычислителем и запасом энергии отсутствуют, то наиболее подходящим претен-9798БОРТОВЫЕ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ КОСМИЧЕСКИМИ АППАРАТАМИдентом является пассивная магнитная система ориентации. Одним извозможных вариантов такой системы является система, состоящая изпостоянного магнита, обеспечивающего восстанавливающий момент,и гистерезисных стержней, установка которых решает проблему рассеяния энергии возмущенного движения спутника относительно егоцентра масс.При размещении элементов системы в теле спутника необходимоучитывать взаимное размагничивание гистерезисных стержней ивлияние поля постоянного магнита, из-за которого возможен сдвиг рабочей точки стержня, и, как следствие, ухудшение его демпфирующихсвойств.
В отличие от постоянного магнита, эффективность работыкоторого практически пропорциональна величине его дипольного момента, эффективность стержней (способность демпфировать начальное движение и вносить минимальные возмущения в установившеесядвижение спутника) определяется их объемом, используемым материалом, схемой размещения, способом термообработки и в значительной мере их удлинением.Одной из тенденций совершенствования исполнительных органов систем стабилизации и ориентации КА является применение комплексных систем ориентации. Так, ориентацию обитаемого модулькорабля для экспедиции на Марс планируется производить (для надежности) двумя способами: с помощью гиродинов или с использованием ионных двигателяей.Для микро- и наноспутников перспективным является использование систем гравитационной стабилизации, где в качестве стабилизаторов вместо жесткой гравитационной штанги применяются гибкиепротяженные элементы: тросы, ленты.
Введение таких элементов позволяет снизить стоимость системы стабилизации и уменьшить массуКА, что особенно важно для малых КА.Еще одним перспективным направлением, способным обеспечитьточную стабилизацию концевых тел космических тросовых систем,является разработка активной системы стабилизации с использованием реактивных микродвигателей. Предполагается, что реактивныемикродвигатели найдут широкое применение также при созданиисредств ориентации малогабаритных спутников.ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОРИЕНТАЦИИКОСМИЧЕСКОГО АППАРАТА ПО ИНФОРМАЦИИ ОТ АСТРОДАТЧИКОВ5.
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОРИЕНТАЦИИ КОСМИЧЕСКОГО АППАРАТАПО ИНФОРМАЦИИ ОТ АСТРОДАТЧИКОВМетоды определения местоположения по звездам известны сдревнейших времен. Наблюдая известные звезды с помощью секстанта, ориентированного известным образом относительно местногогоризонта и Севера (отвес, магнитный компас), и зная текущее времяпо часам, наши предки умели определять широту и долготу местонахождения своего корабля в открытом море.В течение последних десятилетий методы астроопределений широко распространились в сфере не только морской, но и авиационнойнавигации. Созданы астроинерциальные системы навигации, позволяющие осуществлять высокоточную астрокоррекцию навигационных параметров, определяемых с помощью инерциальных средств.В ракетно-космической технике получили широкое применениеастроприборы, используемые для коррекции параметров текущей ориентации космического аппарата, определяемых инерциальными приборами.В бортовых системах управления (БСУ), создаваемых МОКБ«Марс», активно используются астродатчики типа АД-1 собственнойразработки.
Чувствительным элементом АД является ПЗС-матрица. Всостав АД входят оптическая система, блоки электроники, включающие цифровой вычислитель, а также защитная бленда, предотвращающая попадание в объектив прямых и отраженных солнечныхлучей в конусе, охватывающем угловое поле зрения АД с необходимым запасом.Выходными параметрами прибора являются координаты световыхточек («энергетических центров»), фиксируемые на фоточувствительной матрице и пересчитываемые к приборной системе координат(ПСК) АД, материализуемой установочными плоскостями его корпуса.Поле зрения АД-1 составляет 12о12о, его чувствительность позволяет индицировать звезды до 6-й звездной величины.
Периодичность обновления данных – 2 сек.Дальнейшая обработка информации АД производится в бортовойцифровой вычислительной системе (БЦВС) системы управления.99100БОРТОВЫЕ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ КОСМИЧЕСКИМИ АППАРАТАМИВажнейшей функцией соответствующего фрагмента программного обеспечения (ПО) БЦВС является опознавание звезд (частьэнергетических центров может оказаться ложными звездами – бликами от посторонних частиц, «пузырьками» в стекле объектива и т.п.),неразрывно связанная с функцией определения ориентации по данным АД.
Фундаментом для выполнения этих функций является каталог звезд, хранимый в памяти БЦВС. Каталог содержит координаты(направляющие косинусы) звезд и ограничен по объему звездной величиной, определяемой чувствительностью АД.Задача определения ориентации КА в инерциальном пространстве сводится к определению взаимного положения двух ортогональных трехгранников: связанного с КА (связанная система координат –ССК) и определяющего базовую инерциальную систему координат(ИСК) (см. приложение I).Взаимное положение двух трехгранников может быть определенос помощью трех углов поворота (углы Эйлера, Эйлера – Крылова).Они, однако, обладают существенным недостатком: для одного изуглов, равного 90, два других теряют смысл и становятся неопределенными.В качестве параметров ориентации можно взять девять элементовматрицы направляющих косинусов ортов (единичных векторов) одноготрехгранника относительно системы координат, связанных с другимтрехгранником.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
