Топ-100
Сделать домашней страницей Добавить в избранное





Главная Техника/технологии Российские технологии

В МАИ завершается разработка уникальной системы ориентации космических аппаратов

8 апреля 2021 года / МАИ / Aviation EXplorer
 

Индустрия малых космических аппаратов продолжает стремительно развиваться. Космические аппараты становятся миниатюрными и технологичными, а это значит, что от систем, обеспечивающих их жизнедеятельность, требуется максимальная компактность без потери надёжности. Невысокая стоимость разработки и небольшие сроки изготовления малых спутников открывают доступ в космос всё большему числу компаний.

В Московском авиационном институте завершается разработка не имеющей аналогов системы ориентации для космических аппаратов, основными преимуществами которой являются небольшая масса и простая конструкция, что полностью соответствует основным требованиям рынка.

Две задачи

Под руководством профессора Алексея Владимировича Ненарокомова работу над новой системой ведёт группа сотрудников лаборатории тепловых исследований кафедры 601 «Космические системы и ракетостроение»: Будник Сергей Александрович, Иванов Николай Анатольевич, Меднов Алексей Георгиевич, Самарин Валерий Викторович, Титов Дмитрий Михайлович и Чебаков Евгений Владимирович, а также профессор кафедры 806 «Вычислительная математика и программирование» Ревизников Дмитрий Леонидович и ассистентка Математического института им. С. М. Никольского РУДН Неверова Дарья Андреевна. В экспериментальной части исследований активное участие принимала группа сотрудников кафедры 208 «Электроракетные двигатели, энергетические и энергофизические установки» под руководством профессора Надирадзе Андрея Борисовича.

Принцип работы системы основан на решении двух обратных задач теплообмена. Первая из них — определение поглощённых тепловых потоков от Солнца и планеты по измерениям внутренних температур датчиков радиационных тепловых потоков. Вторая — вычисление углов ориентации космического аппарата по известным значениям поглощённых тепловых потоков.

— Решение первой задачи было предложено давно, — рассказывает один из участников проекта, ассистент кафедры 601, кандидат технических наук Евгений Чебаков. — Сейчас изготавливают различные датчики, предназначенные для определения теплового потока, однако их применение на космическом аппарате затруднительно по разным причинам. Например, некоторые из них не предназначены для работы в космической среде, а другие имеют сложную конструкцию, большие габариты и массу. Помимо этого, есть и другие требования к датчикам: они должны определять тепловой поток в динамике, быть изолированными от приборов и элементов конструкции космического аппарата и т. д. Таким образом, техническую часть задачи пришлось решать практически с нуля.

На ранних этапах проекта коллектив разработал программный комплекс для решения первой и второй обратных задач, были созданы первые прототипы датчиков, проведён ряд предварительных тепловых испытаний. После этого прототипы вместе с системой сбора и обработки телеметрии были испытаны в термовакуумной камере на кафедре 208 «Электроракетные двигатели, энергетические и энергофизические установки». По результатам испытаний был выбран наиболее эффективный прототип датчика на основе тонкой медной пластины.

— В конце прошлого года мы провели термовакуумные испытания датчика вместе с новой системой сбора и обработки телеметрии, которая будет решать две обратные задачи, — говорит молодой учёный. — Она состоит из платы сбора телеметрии, разработанной нашим коллективом, и микропроцессора Raspberry Pi Zero.

Преимущества системы

Сегодня для определения ориентации космического корабля применяют системы двух основных типов: оптические (солнечные и звёздные датчики, инфракрасная вертикаль) и магнитные (магнитометры). Также применяются инерциальные датчики, но со временем они накапливают ошибки, поэтому должны работать только вместе с оптическими или магнитными.

Все эти системы имеют свои достоинства и недостатки. Например, космическому аппарату с оптическими датчиками необходимо время, чтобы навести их на объект — Солнце, планету — или сопоставить текущее положение со звёздной картой. Оптические датчики имеют самую высокую точность, но их матрица подвержена влиянию радиации, что сказывается на надёжности. Солнечные датчики и инфракрасная вертикаль дополняют друг друга, так как по отдельности не могут определить угол вращения относительно объекта наведения. Также солнечные датчики не работают в тени планеты, а инфракрасная вертикаль и магнитометры — вдали от планеты.

— Датчики, применяемые на нашей системе ориентации, состоят из тонкой металлической пластины, термооптического покрытия на облучаемой поверхности и термопары на обратной стороне, — объясняет Евгений Чебаков. — Конструкция простая, поэтому в ней просто нечему ломаться. Надёжность разрабатываемой нами системы сопоставима с надёжностью магнитометров. При этом она может применяться как в тени планеты, так и при межпланетных перелётах. Один датчик будет весить всего несколько граммов, а сама система не потребует много энергии. При этом время на определение ориентации — минимальное, в среднем около 3–5 секунд для запуска алгоритма, а далее менее секунды.

Основным недостатком метода является относительно низкая точность: погрешность может составлять от 1 до 8 градусов. Тем не менее, система может использоваться для предварительной ориентации с последующим применением более точных датчиков либо служить основной на аппаратах, для которых подобная погрешность не критична.

— Для минимизации отдельных недостатков инженеры комбинируют различные датчики. Таким образом, наш подход может дополнить имеющиеся методы, увеличить эффективность ориентации и, конечно, повысить надёжность, — отмечает исследователь.

На орбиту

На следующем этапе работ научный коллектив планирует провести лётные испытания системы. Для этого с МКС планируется запустить маёвский спутник-кубсат, оснащённый экспериментальной системой на основе шести датчиков.

— Если всё пройдет хорошо, то на базе конструкции этого аппарата будут создаваться следующие кубсаты, включая маневрирующие, — заявляет начальник студенческого конструкторского бюро «Искра» МАИ Сергей Олегович Фирсюк.

Изначально планировалось запустить спутник весной этого года, но пандемия изменила планы учёных и график разработки спутника. В ближайшее время планируется провести дополнительные термовакуумные испытания системы в сборе, а также испытания спутника с системой, по итогам которых будет решаться вопрос о сроках проведения следующего этапа.

Специалисты МАИ уверены, что новая система заинтересует организации, которые занимаются разработкой малых космических аппаратов. Предполагается, что на неё обратят внимание и крупные производители, заинтересованные в повышении надёжности своей продукции и увеличении срока её активного существования, так как система может устанавливаться на больших космических аппаратах со сложной конфигурацией в качестве дополнительной или резервной. После доработки имеющейся математической модели метод может применяться для межпланетных перелётов. Кроме того, создатели уже наметили путь совершенствования метода для повышения его точности, так что не исключено, что вскоре маёвская разработка займёт существенную долю на рынке систем ориентации космических аппаратов.


МАИ



комментарии (0):





Полная или частичная публикация материалов сайта возможна только с письменного разрешения редакции Aviation EXplorer.










Материалы рубрики


Андрей Богинский об импортозамещенном SJ-100 и ремоторизации Суперджетов предыдущей генерации
Ростех
О выполнении гособоронзаказа в 2023 году
AVIA.RU
О самом важном в авиапроме за прошедший год
AVIA.RU
Опытное механообрабатывающее производство на ОДК-Кузнецов
Виталий Сютин
Интересная работа и надежность: на Производственный комплекс «Салют» приглашают 1700 сотрудников
Роман Гусаров
Двигателестроение в Комплексной программе развития авиатранспортной отрасли России. Часть 3
Роман Гусаров
Двигателестроение в Комплексной программе развития авиатранспортной отрасли России. Часть 2
Роман Гусаров
Новые тренажеры для российских самолетов



Роман Гусаров
Двигателестроение в Комплексной программе развития авиатранспортной отрасли России. Часть 1
Роман Гусаров
SJ-100 не SSJ100
Александр Яковлев
О самолетах для первоначального обучения пилотов
Роман Гусаров
SSJ-NEW и МС-21 – ЦАГИ дает добро
Кузьма Михайлов
Разговор об отечественной Системе взаиморасчетов на воздушном транспорте
Роман Гусаров
RADIUS – цифровая платформа поддержки эксплуатации SSJ-100 и МС-21
Евгений Берсенев
О чем Путин "ругался" с министром транспорта Савельевым
AVIA.RU
Российские технологии на NAIS 2023
Михаил Коробович
Надежность высокого полета!
Роман Гусаров
Когда ждать МС-21-310 РУС
AVIA.RU
Награждение победителей конкурса «Авиастроитель года»
Виктор Чуйко
Возвращение главной выставки российского двигателестроения
АК Якутия
Авиакомпания «Якутия» выполнила первый C-Check на территории РФ самолета Bombardier Q300
Иван Дмитриенко
Когда пассажирские самолеты полетят без человека за штурвалом
Анатолий Липин
Переход на север истинный
Илья Вайсберг
Самолет без возраста
В.Шапкин, А.Пухов
Современные факторы создания сверхзвукового гражданского самолета нового поколения
Роман Гусаров
Для кого варится несъедобная каша?
Евгений Жуков
Сколько российских самолётов понадобится для полного импортозамещения
Владимир Мазенко
Самолет, как у президента: что известно про Ил-96, который способен заменить Boeing и Airbus
Евгений Жуков
Что будет с "Боингами" в России и с "Боингом" без России?
Александр Книвель
Гражданское авиастроение вчера, сегодня. А завтра?
Николай Таликов
Ил-114: трудный путь ... в жизнь
Роман Гусаров
Почему Украина не восстановит Ан-225 "Мрия"
Сергей Чемезов
«Удар был сильным, но не отправил нас в нокаут»
Евгений Жуков
Почему западный бизнес против санкций в отношении русского титана
Юрий Слюсарь
«Стране нужны самолеты»
Роман Гусаров
Суперджетом по санкциям
Евгений Алексеев
Как «цифра» меняет двигателестроение
Максим Дунов
Современные тенденции изменений рынков гражданской авиации. Часть 2
Максим Дунов
Современные тенденции изменений рынков гражданской авиации. Часть 1
А.Козлов, А.Сальников
Инновационные технологии в обеспечение создания авиационных двигателей

 

 

 

 

Реклама от YouDo
erid: LatgC9sMF
 
РЕКЛАМА ОБРАТНАЯ СВЯЗЬ АККРЕДИТАЦИЯ ПРЕСС-СЛУЖБ

ЭКСПОРТ НОВОСТЕЙ/RSS


© Aviation Explorer