Микрин Е.А., Михайлов М.В. Ориентация, выведение, сближение и спуск КА по измерениям от ГНСС (2017) (Микрин Е.А., Михайлов М.В. Ориентация, выведение, сближение и спуск космических аппаратов по измерениям от глобальных спутниковых навигационных систем (2017))

Управление в технических системахЕ.А. Микрин, М.В. МихайловОриентация, выведение, сближениеи спуск космических аппаратовпо измерениям от глобальных спутниковыхнавигационных системnМГТУ им. Н. Э. БАУМАНАР.)~МОСКВАИЗДАТЕЛЬСТВО2017УДКББК629.7.0539.62М59Рецензенты:д-р техн. наук, зав. кафедрой системного анализаи управления МАИ В.В. Малышев;академик РАН В.Г ПешехоновРекомендовано Редакционно-издательским советомМГТУ им.

Н.Э. Баумам в качестве учебмго пособияМикрин, Е. А.М59Ориентация, выведение, сближение и спуск космических аппаратов по измерениям от глобальных спутниковых навигационных си­стем: учебноепособие/Е. А. Микрин, М. В. Михайлов.Издательство МГТУ им. Н. Э. Баумана,- Москва2017. - 357, [3] с.: ил.ISBN 978-5-7038-4778-7Рассмотрены задачи координатно-временного обеспечения космическогоаппарата, решаемые аппаратурой спутниковой навигации, а именно: формиро­вание бортовой шкалы времени; определение ориентации; навигация присближении и спуске космического аппарата в атмосфере, а также навигациясредств выведения.Для студентов и аспирантов авиа- и ракетостроительных специальностейвысших технических учебных заведений, научных работников и инженеров,занимающихся разработкой, проектированием и испытаниями навигационныхсистем космических аппаратов.УДК629.7.05ББК 39.62р)Все права защищены.

Никакая часть данного издания не дюжет быть воспроизве­дена в какой бы то ни было форме без письменного разре~иения владельцев автор­ских прав. Правовую поддер;нску Издательства обеспечивает Адвокатское бюро«Сергей Москале11ко и 11ар11111еры».©©ISBN 978-5-7038-4778-7Микрин Е.А. , Михайлов М.В. ,Оформление. ИздательствоМГТУ им. Н.Э.

Баумана,20172017ПредисловиеУчебноепособиепосвященовопросампроектирования,разработки,наземных и лётных испытаний аппаратуры спутниковой навигации космиче­ского назначения при решении комплекса навигационных задач управлениякосмическими аппаратами.Создание аппаратурыспутниковой навигациипозволяет по-новому рассматривать задачи управления орбитальными кос­мическими аппаратами, начиная от этапа выведения на орбитальном участкедо участка спуска его в атмосфере.Аппаратура спутниковой навигации может заменить всю традиционнуюизмерительную аппаратуру космических аппаратов.

Это наземный измери­тельный баллистический комплекс ,системы высокоточного временногообеспечения КА, гироскопы и акселерометры, гироскопические платформы,инфракрасные датчики вертикали, солнечные и звездные датчики ориента­ции, навигационные системы сближения, измерительный комплекс системыуправления спуском и многое другое.Например, АСН-К, установленная на пилотируемых космических аппа­ратах «Союз», решает задачи временного обеспечения бортового комплексауправления корабля, определения орбиты, ориентации, параметров относи­тельного движения корабля с МКС на участках дальнего и ближнего сбли­жения.В учебном пособии рассмотрены задачи координатно-временного обес­печения космического аппарата, решаемые аппаратурой спутниковой навига­ции:-формирование бортовой шкалы времени;определение ориентации;относительной навигации при сближении;навигация при спуске КА в атмосфере;навигация средств выведения;управление движением иориентациейКАсредствамиаппаратурыспутниковой навигации .Указанные задачи подробно рассматриваются в главах1- 5.Глава6по­священа вопросам проектирования, разработки наземных и лётных испыта­ний аппаратуры спутниковой навигации космического назначения, глава7-перспективам применения аппаратуры спутниковой навигации в областиуправления космическими аппаратами.На примере реально существующей аппаратуры корабля «Прогресс-МС»показана возможность использования ее не только как навигационной систе­мы корабля, но и как системы управления на основе только собственной ин­формации.

При этом процессор может выполнять роль бортовой центральнойвычислительной системы. Через внешний интерфейсMIL-15 53аппаратураПредисловие6спутниковой навигации имеет связь с исполнительными органами системыуправления движением (двигателями ориентации и двигателями коррекции) иможет с их помощью осуществлять управление как движением центра масскосмического аппарата, так и его ориентацией. В главе рассмотрены различ­ные алгоритмы управления, приведены результаты моделирования, полученыточностные, динамические и расходные характеристики системы в различ­ных режимах управления.В главе8приведено описание программных функций, позволяющих су­щественно сократить сроки разработки как самих систем навигации, так исоздания инфраструктуры наземной отработки и испытаний этих систем.Большая часть этих программных функций разработана авторами сов­местно с коллегами и учениками.Список основных сокращенийАМантенный модульдпо-де- делитель сигналаДУС-АСНБВСБДУСБИЛУБИНСБИТСБКУБНМБОБПБЦВКБЦВСвэоггскГЛОНАССгскгенегсогчДОиквикдипискКАкдКДУккКРЛксвлиМБМВМБРЛаппаратура спутниковой навигациибортовая вычислительная системаблок датчиков угловой скоростиблок интегрирования линейных ускоренийбесплатформенная инерциальная навигационная системабортовая измерительная телеметрическая системабортовой комплекс управлениябортовой навигационный модульбытовой отсекблок питаниябортовой цифровой вычислительный комплексбортовая центральная вычислительная системавысокоэллиптическая орбитаГринвичская географическая система координатГлобальная навигационная спутниковая системагринвичская (прямоугольная) система координатГлобальная спутниковая навигационная системагеостационарная орбитагенератор частотыдвигатель ориентациидвигатель причаливания и ориентациидатчик угловой скоростиинфракрасная вертикальИнтерфейсный контрольный документинтерфейсная платаинерциальная система координаткосмический аппараткорректирующий двигателькомбинированная двигательная установкакосмический кораблькомандная радиолиниякоординаты, скорость, времялётные испытанияМеждународное бюро мер и весовмежбортовая радиолинияСписок основных сокращений8мксМеждународная космическая станциянс-ос- орбитальная станцияоск-мпвмсвзМШУнвнвмнипнконмнпнпмПАОПЗУпмпопппсРБРКОРНСАСБСВЧсвэоскдсекСУСУДНСУСтмТОРУУАУСМууцвмЦУПшвATVмодуль приемовычислительныйМеждународная служба вращения Землималошумящий усилительнавигационный вычислительнавигационный вычислительный модульназемный измерительный пунктназемный комплекс отладкинавигационный модульнавигационный приемникнавигационный приемный модульнавигационный спутникорбитальная система координатприборно-агрегатный отсекпостоянно запоминающее устройствоприемный модульпрограммное обеспечениепроцессорная платапереизлучатели сигналовразгонный блокрадиоконтроль орбитыракета-носительспускаемый аппаратсолнечная батареясверхвысокая частотасупервысокоэллиптические орбитысближающий корректирующий двигательсвязанная ( с КА) система координатсистема управлениясистема управления движением и навигациейсистема управления спускомтелеметрический модультелеоператорный режим управленияустройство антенноеусилитель секундной меткиустройство усилительноецентральная вычислительная машинаЦентр управления полетамишкала времениЕвропейский автоматический корабльСписок основных сокращенийСРGDOPGPSNISTNRLPRPVtUSNOUTUTC- careers phase (интегральная фаза)- Geometric Dilution of Precision (геометрический фактор)- Global Positioning System- Национальный институт стандартов и технологий- Военно-морская исследовательская лаборатория- pseudoranges ( псевдодальность)- position, velocity, time (координаты, скорость, время)- Военно-морская обсерватория-универсальное времяуниверсальное международное время9Основные термины и определенияАкселерометрустройство, формирующее выходные сигналы, про­-порциональные проекциям линейных ускорений КА, обусловленных всеминегравитационными силами, на оси чувствительности акселерометра.

Аксе­лерометр может быть построен на разных физических принципах и отличать­ся диапазоном измеряемых линейных ускорений, точностью измерения этихускорений.Альманахнабор параметров, по которым могут быть рассчитаны ко­-ординаты и скорости навигационных спутников на требуемый момент време­ни с низкой точностью. По альманаху в АСН определяется список видимыхнавигационных спутников.-БИНебесплатформеннаяинерциальнаянавигационнаясистема,включающая в себя датчик угловой скорости, акселерометры и цифровой вы­числитель (как правило, это ЦВМ КА). Интегрируя уравнения движения КАс учетом измерений от датчиков, БИНС определяет ориентацию КА относи­тельно начальной ориентации и текущую орбиту КА. В состав БИНС могутне входить акселерометры, тогда БИНС определяет только ориентацию КА.ВЭОнениемвысокоэллиптическая орбита КА с периодом--63°,Гиродиннизким перигеем12 или 24 ч,накло­(1000 ... 2000 км) и высоким апогеем.двухстепенной силовой гироскоп, впервые был установлен-на станции «Мир» как исполнительный орган системы ориентации.ГЛОНАее-российская Глобальная навигационная спутниковая си­стема.генеющая-Глобальная спутниковая навигационная система, обеспечива­возможностьспомощьюспециальныхэлектронныхприемныхустройств определять параметры движения потребителя.reo -геостационарная орбита КА, близкая к круговой, совпадает сплоскостью экватора и имеет периодДУе-24 ч.-датчик угловой скоростиустройство, формирующее выход­ные сигналы, пропорциональные проекциям угловой скорости КА на осичувствительности.

ДУС бывают гироскопическими, оптическими, твердо­тельными и др . Отличаются ресурсом, диапазоном измеряемых угловых ско­ростей и точностью измерения угловой скорости.Звездный датчик-датчик определения ориентации КА по звездам.Современные датчики имеют оптическую трубу с полем зрения-8°и рабо­тают по звездам до седьмой звездной величины.