Микрин Е.А., Михайлов М.В. Ориентация, выведение, сближение и спуск КА по измерениям от ГНСС (2017) (1246989), страница 2
Текст из файла (страница 2)
При наведении оптическойтрубы на любой участок звездного неба в ее поле зрения всегда попадает несколько звезд. Датчик имеет вычислительную систему, содержащую в памятизвездный каталог. По измеренным угловым расстояниям между звездамив трубе путем сравнения с каталогом определяются координаты видимыхОсновные термины и определения11звезд в ИСК ЛООО и в ССК, в результате определяется кватернион переходаот иск .пооо к сек.ИИОинерциальные исполнительные органы, осуществляют управле-ние ориентацией КА путем изменения собственного суммарного кинетического момента.
ИИО подразделяют на маховики и силовые гироскопы. Маховики меняют собственный кинетический момент благодаря изменению скорости вращения тяжелого ротора без изменения направления осей вращения вССК. Силовые гироскопы имеют постоянную высокую угловую скорость,а изменение кинетического момента осуществляется за счет поворота оси ротора. Маховики используются на КА с малыми моментами инерции, силовыегироскопына КА с большими моментами инерции, например, на орби-тальной станции «Мир» и на МКС.И.КВинфракрасная вертикаль--одноосный датчик измерения углового положения КА относительно направления на центр Земли.
Датчик осуществляет обработку сигналов от поверхности Земли в ИК-диапазоне. Бывают датчики, сканирующие чувствительным элементом по горизонту Землиили по двум взаимно перпендикулярным хордам. В результате обработкипринимаемых сигналов на выходе прибора формируются два углатангажа и угол рыскания. Обычная точность ИКВ лежит в диапазонеКСВ- угол0,5 .. .
1°.информационное сообщение от АСН, содержащее векторы коор-динат и скорости потребителя с их привязкой к точному времени.«Курс»радионавигационная система, обеспечивающая сближение ко-раблей «Союз» и «Прогресс» с орбитальными станциями (начиная с 1980-хгодов). Система имеет активную часть, которая устанавливается на корабль,и пассивную, устанавливаемую на станцию.
Система является многоантеннойи определяет дальностьи скорость изменения дальности между антеннамиКА и станции для различных комбинаций антенн. По измеряемым параметрам определяется относительный вектор состояния и относительная ориентация, по которым система управления осуществляет сближение с дальности-50км до касания. Недостатком данной системы является ее большая масса,высокое энергопотребление и стоимость.МКС-Международная космическая станция, первый модуль которойбыл запущен в20ноябрябыл выведен ракетой1998г.-«Протон-К».функционально-грузовой блок «Заря»,26июля2000г.к функциональногрузовому блоку «Заря» был пристыкован служебный модуль «Звезда», аноября2000 г.2транспортный пилотируемый корабль «Союз ТМ-31» доставилна борт МКС экипаж первой основной экспедиции.
Сейчас МКС включаетдесятки модулей, изготовленных разными странами в рамках международного сотрудничества по МКС. Станция является пилотируемой, на ней непрерывно работают международные экипажи.РБ-высотойразгонный блок, обеспечивающий выведение КА с низкой орбиты,-200км, на высокую, включая ГСО, ВЭО, межпланетные орбитыи т. п.
РБ, как правило, имеет химический двигатель с высокой тягой.Основные термины и определения12СА-спускаемый аппарат-отсек корабля «Союз», в котором экипажспускается на Землю. СА отделяется от корабля после выдачи тормозногоимпульса перед входом в атмосферу. Благодаря специальной форме в виде«фары» и центровке при полете СА «скользит» по атмосфере, а не падает.Тем самым существенно снижаются перегрузки и реализуется управляемыйспуск.«Сырые» измерения-первичные параметры, измеряемые в АСН:псевдодальности и интегральные фазы (или псевдоскорости).
По «сырым»измерениям в АСН вычисляются остальные выходные параметры.ЭРД-электрореактивный двигатель, в котором рабочее тело в видеплазмы разгоняется электромагнитным полем до высоких скоростей. ЭРДработают благодаря электроэнергии, вырабатываемой, как правило, солнечными батареями. Удельная тяга ЭРД в5- 1О развыше удельной тяги химических двигателей, и, как следствие, масса потребного для выполнения задачирабочего тела уменьшается в десятки раз. Но ЭРД имеет низкую тягу (граммы) и используются для довыведения КА на высокие орбиты в течение длительного времени (месяцы).Эфемериды-набор параметров, по которым могут быть рассчитаныкоординаты и скорости НС на требуемый момент времени с высокой точностью.
По эфемеридам в АСН вычисляют координаты и скорость потребителя.Вrоаdсаst-эфемериды-эфемериды, передаваемые от НС с определенной частотой.инерциальная система координат, совпадающая с ГСК на моJ2000 мент времениUTC 11:58:55,816 01.01.2000 г.Принята в качестве универсальной ИСК.Leap_ sec - рассогласование шкалы системного времени GPS со шкалойUTC на целое число секунд вследствие регулярной коррекции шкалы UTC нацелую секунду.GDOP ( Geometric Dilution ofPrecision) -геометрический фактор, характеризующий взаимное геометрическое расположение НС и потребителя иопределяющий точность формируемых КСВ по измерениям данного наборанавигационных спутников.GPS -Глобальная спутниковая навигационная система США.ВведениеАппаратура спутниковой навигации (АСН) может обеспечивать на качественно новом уровне решение всего комплекса задач навигации и управления движением космического аппарата (КА), позволяя многократно снизитьмассу, энергопотребление и стоимость системы управления.
Излагаемый материал основан на результатах реальных разработок, испытаний и лётнойэксплуатации АСН кораблей «Союз» и «Прогресс», МКС, Европейского автоматического корабля АТV и ряда других изделий. На смену традиционным,классическим системам управления приходит принципиально новая система,построенная на базе рукотворного Глобального навигационного поля системГЛОНАСС,GPS,Галилео(Galileo), Bei Dou,позволяющая осуществлятьуправление КА, опираясь на новые принципы навигации. Подготовка специалистовдлясозданиясистемы управления,опираясьна новыеметодыизмерений параметров движения КА, является целью настоящего пособия,направленного на формирование у студентов знаний, умений и навыков,позволяющих самостоятельно решать вопросы проектирования и разработки сложных многофункциональных систем космической навигации на базеГСНС для широкого класса низкоорбитальных высокоорбитальных и высокоэллиптических КА.В учебном пособии изложены методы и алгоритмы, приведены результаты наземных и лётных испытаний решения задач временного обеспеченияКА, ориентации КА, относительной навигации при сближении двух КА,навигации при спуске КА в атмосфере, навигации средств выведения.
Длякаждой из перечисленных задач рассмотрены особенности работы АСН,предложены методы и алгоритмы решения задачи, определены динамическиеи точностные характеристики исполняемых режимов, приведены результатымоделирования и лётных испытаний, подтверждающих полученные характеристики.Большоевниманиеуделеновопросампроектирования,разработки,наземных и лётных испытаний АСН космического назначения. Опыт показывает, что неправильно спроектированная система не даст и десятой доли возможной ее отдачи, а неправильно испытанная система просто не будет работать в космосе.
Опыт авторов в создании систем АСН, разработке моделирующих стендов, проведении натурных наземных и лётных испытаний являетсянеобходимым звеном подготовки специалистов не только в части разработкиАСН, но и значительно более широкого спектра систем управления КА.Перспектива АСН в области управления КА показана на примере реально существующей АСН корабля «Прогресс-МС». АСН можно использоватьне только как навигационную систему корабля, но и как систему управления,использующую для управления только собственную информацию.
При этомВведение14процессор АСН может выполнять роль бортовой центральной вычислительной системы (БЦВС). Через внешний интерфейсMIL-1553АСН имеет связь сисполнительными органами системы управления движением (двигателямиориентации и двигателями коррекции) и может с их помощью осуществлятьуправление как движением центра масс КА, так и его ориентацией. В лекцияхрассмотрены различные алгоритмы управления, приведены результаты моделирования, получены точностные, динамические и расходные характеристики системы в различных режимах управления.В процессе разработки АСН различных КА авторами совместно с коллегами и учениками создано большое количество программ и программных модулей, входящих в состав различных моделирующих комплексов и в составбортового программного обеспечения (ПО) АСН.
Эти программные модуливключают как элементарные функции, так и различные сложные программные модели, например, модель движения низкоорбитального КА с учетомгравитационного поля Земли 72-го порядка, модели атмосферы, гравитационного влияния Луны и Солнца, с учетом реального смещения полюса Земли,а также прецессии и нутации оси вращения Земли. Именно такая модель позволяет обеспечить формирование оценки орбиты низкоорбитального КА поизмерениям одночастотного приемника с точностью выше1м. Для решениямногих громоздких вычислительных задач разработаны вычислительные методы, позволяющие повысить быстродействие в десятки и сотни раз. Например, модель гравитационного поля Земли 72-го порядка, реализованная вАСН-М МКС, требует для своего решения в300 разменьше вычислительныхопераций по сравнению с классическим решением через разложение геопотенциала Земли по сферическим функциям. Из этих разрозненных программных модулей была скомпонована библиотека навигационных программныхфункций, позволяющая как из кубиков создавать сложное бортовое и модельное ПО.Глава1Формирование бортовой шкалы временикосмического аппаратаВсе процессы управления космическим аппаратом (КА), его системами иэлементами выполняются в определенной последовательности с определенными интервалами.
Для реализации действий по управлению на борту КАдолжна быть сформирована определенная шкала времени (ШВ). Посколькуэти действия практически всегда коррелируют с различными процессами внекорабля, ШВ должна быть достаточно точно связана с системными ШВ, такими какUTC, GPS или ГЛОНАСС.Так как все основные процессы управления на борту КА реализует центральная вычислительная машина (ЦВМ) КА,как правило, физическим носителем бортового времени КА является ЦВМ,формирующая бортовое время на основе тактов задающего генератора частоты. ЦВМ КА, являясь основным элементом системы управления КА, дляобеспечения высокой надежности обычно выполняется на радиационно стойких электронных элементах.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
