Космические аппараты и технологии
Статьи журнала - Космические аппараты и технологии
Все статьи: 386
Особенности разработки имитационной модели редукторной сборки привода космического аппарата
Статья
Рассматривается редукторная сборка привода вращательного движения системы космического аппарата. Такие редукторные сборки являются одним из основных элементов систем космического аппарата с применением крупногабаритных конструкций, которые в транспортном положении находятся в сложенном состоянии. В связи с развитием вычислительной техники появляется возможность создавать более точные имитационные модели таких конструкций. Целью работы является создание имитационной модели, позволяющей производить анализ возникающих нагрузок на волновом редукторе из состава редукторной сборки привода космического аппарата. В первом разделе рассматривается процесс создания конечно-элементной модели привода. Одной из особенностей создания конечно-элементной модели является способ учета предварительного напряженно-деформированного состояния в элементах конструкции волновой передачи. Во втором разделе производится анализ полученных данных в ходе проведения расчета. Исследуются полученные эквивалентные напряжения на деталях конструкции, контактные напряжения в зубчатом зацеплении, определяется крутильная жесткость элементов редуктора, рассматриваются различные положения зуба при движении. Исследовано влияние нагрузок, прикладываемых к выходному звену редуктора на поверхности зубчатых колес. Полученная имитационная модель позволяет рассматривать аналогичные редукторные сборки, в которых применяются волновые передачи.
Бесплатно
Особенности системы терморегулирования малого космического АПП арата "Юбилейный-2"
Статья научная
Разработана методология для проведения термобалансных и электротермовакуумных испытаний спутника негерметичного исполнения. Получена высокая точность схождения результатов математического расчета и экспериментальных данных для точной имитации космического пространства.
Бесплатно
Статья
Подвижность и изменчивость атмосферы и околоземного космического пространства делают крайне важным получение экспериментальной информации о ее динамических характеристиках: скорости, направлении ветра и степени турбулентности. Одним из перспективных методов получения этих данных является вертикальное радиолокационное зондирование атмосферы. Радиолокационные станции вертикального зондирования или ветровые профилометры – относительно новый вид аппаратуры для исследования атмосферы. Радиолокационные станции вертикального зондирования предназначены для дистанционного бесконтактного определения параметров скорости ветра над точкой зондирования в тропосфере и нижней части термосферы. Для получения информации о динамике атмосферных движений используется явление отражения электромагнитных волн от турбулентных образований и образований другой природы. Временное положение отраженного сигнала и сдвиг по частоте, обусловленный эффектом Доплера, дают точную информацию о высоте и скорости перемещения атмосферных неоднородностей. Анализ параметров отраженных сигналов позволяет получать в реальном масштабе времени высотно-временное поле скорости ветра и интенсивности турбулентности. Физические принципы, положенные в основу функционирования этих станций, позволяют проводить непрерывные измерения независимо от погодных условий. В статье рассматриваются основные методы измерения вертикального профиля атмосферы и нижней части термосферы, способы сканирования и классификация средств зондирования вертикального профиля атмосферы, а также особенности функционирования и построения радиолокационных станций вертикального зондирования с малоэлементной решеткой.
Бесплатно
Статья
В работе показана актуальность совершенствования существующих и создания новых эффективных методов неразрушающего контроля и технической диагностики высоконагруженных конструкций летательных аппаратов из полимерных композитных материалов для обеспечения безопасной эксплуатации. Рассмотрены подходы к созданию эффективных систем одновременного встроенного контроля деформаций и температуры конструкций из полимерных композитных материалов оптическим методом с использованием интегрированных волоконно-оптических датчиков на основе волоконных брэгговских решеток. Проанализирован мировой опыт создания подобных систем, методология неразрушающего контроля с учетом создания пространственной топологии волоконно-оптических датчиков в реальном изделии. Показано, что для решения данной задачи наиболее целесообразно применение метода двух оптических волокон, имеющих различную чувствительность к деформации и температуре, либо к одному из этих параметров. Представлены результаты экспериментальных исследований по одновременному контролю предложенным методом деформации и температуры конструктивно-подобного образца из углекомпозита, перерабатываемого вакуумным способом из препрега. Установлено, что применение квадратичной модели оптического контроля конструктивно-подобных образцов из углекомпозита позволяет повысить точность измерений деформации и температуры в сравнении с линейной моделью контроля. Подтверждено, что предложенная экспериментальная методика позволяет осуществлять одновременный контроль деформации и температуры конструктивно-подобных образцов из углекомпозитов, при этом она может быть скорректирована и адаптирована под реальные условия эксплуатации конкретной конструкции.
Бесплатно
Остаточные напряжения в аддитивно изготавливаемых деталях: обзор
Статья научная
В настоящее время в производство авиа- и космической техники внедряются аддитивные методы изготовления деталей. Аддитивные технологии позволяют создавать детали сложной конфигурации, тем самым обеспечивая высокую эффективность их применения. Однако одной из ключевых проблем, возникающих на пути применения аддитивных технологий, являются остаточные напряжения, которые возникают в процессе аддитивного производства и присутствуют на всех его этапах. Остаточные напряжения, являющиеся следствием температурного нагрева и охлаждения конструкции, могут оказывать серьезное влияние на механические и эксплуатационные свойства изготавливаемых деталей. В статье рассмотрены причины возникновения остаточных напряжений при различных методах аддитивного производства. Проведена оценка их влияния на прочностные характеристики напечатанных конструкций и геометрическую точность их изготовления. Рассмотрены методы снижения остаточных напряжений на разных этапах аддитивного производства, включая моделирование аддитивной детали и ее обработку после изготовления. Проведен обзор существующих подходов и методов к моделированию и прогнозированию остаточных напряжений в аддитивно изготавливаемых конструкциях, что особенно важно для снижения остаточных напряжений и увеличения прочности и надежности в критически важных элементах аэрокосмической техники.
Бесплатно
Открытые пространственные данные для исследования территорий и цифровые сервисы доступа к ним
Статья
Рассмотрена концепция «Открытые данные» с точки зрения ее применения для доступа пользователей к пространственным данным. Показано, что из-за особенностей пространственных данных к ним могут быть не применимы некоторые принципы концепции «Открытые данные» и методические рекомендации для их публикации. Создаваемый в Московском государственном университете геодезии и картографии информационный ресурс «Навигатор открытых пространственных данных» для подготовки специалистов в области исследования территорий призван упростить доступ к геоданным. Особенности применения открытых пространственных данных показаны на примере Луны, поскольку планетные данные давно имеют статус свободно распространяемых. Представлены цифровые сервисы доступа к планетным данным для обучения специалистов в области космических исследований. Обсуждены форматы хранения планетных геоданных. Накопленные в Московском государственном университете геодезии и картографии открытые лунные данные и созданные интерактивные сервисы обеспечивают организацию свободного доступа к онлайн-модели «Цифровая Луна», которую можно рассматривать как точку сбора необходимой инфраструктуры, информационных массивов и цифровых инструментов для обработки геоданных в области исследования территорий. С внедрением технологий искусственного интеллекта и машинного обучения потенциал сервисов «Цифровая Луна» может быть расширен, а накопленные планетные геоданные обеспечат возможность создания дополнительных междисциплинарных связей.
Бесплатно
Отработка методов нечеткого управления шагающим роботом "Ортоног" в полевых условиях
Статья научная
Описываются результаты полевых испытаний шагающего робота «Ортоног» адаптивного типа с 20 управляемыми степенями свободы. Проведен сравнительный анализ показателей профильной проходимости и маневренности шагающего робота «Ортоног» и уникального марсохода «Curiosity».
Бесплатно
Оценивание эффективности функционирования космической системы «ICEYE»
Статья
Целью данной работы является оценивание эффективности применения космической системы «ICEYE» при помощи разработанной программно-реализованной имитационной модели применения космических систем дистанционного зондирования Земли. В статье проведен анализ причин стремительного наращивания орбитальной группировки космической системы «ICEYE» на базе малых космических аппаратов, оснащенных радиолокатором с синтезированной апертурой, а также проанализирован её состав. Проведено оценивание эффективности функционирования космической системы дистанционного зондирования Земли на основе программно-реализованной имитационной модели. Исходными данными для моделирования являлись орбитальные параметры космических аппаратов «ICEYE» и соответствующие углы визирования для различных режимов съемки, а также координаты наземных пунктов приема информации. В результате моделирования были получены средние значения периодичности наблюдения участков земной поверхности и оперативности доведения радиолокационной информации до потребителей. Периодичность наблюдения участков земной поверхности представлена для различных режимов съемки в виде зависимости от геодезической широты. А оперативность доведения радиолокационной информации до потребителей при передаче информации через наземные пункты приема данных дистанционного зондирования Земли компании «Kongsberg Satellite Service» представлена в виде тепловой карты.
Бесплатно
Оценка и обеспечение надёжности автоматизированных информационных систем в торговых организациях
Статья научная
Исследование направлено на решение следующей научной проблемы: создание комплексного подхода для оценки надежности автоматизированных систем управления предприятием в экономике на основных этапах жизненного цикла разработки, создание универсального показателя надёжности, применяемого как для оценки надёжности конкретной разрабатываемой программно-аппаратной системы на разных этапах жизненного цикла разработки, так и для сравнения надёжности готовой системы с другими системами подобного класса.
Бесплатно
Оценка методов снижения виброактивности электронасосного агрегата космических аппаратов
Статья
В статье характеризуется космический аппарат как средство выполнения различных задач, в том числе с применением прецизионного оборудования. Делается акцент на вибрации как на одном из воздействующих факторов и на необходимости низкого уровня вибрации на борту космического аппарата. Среди источников вибрации выделяется электронасосный агрегат систем терморегулирования и ставится актуальная задача по достижению низкой виброактивности при разработке нового образца для перспективных космических аппаратов. Обозначается комплексный подход к решению поставленной задачи с рассмотрением электронасосного агрегата как системы и выделением нескольких направлений для достижения среднеквадратичного значения виброускорения 0,01g и ниже. Подробно описываются возможные методы снижения виброактивности по каждому из направлений и реализованные решения в разработанном образце. Описывается несколько вариантов исполнения электронасосного агрегата для экспериментального определения уровня вибрации в виде среднеквадратичного значения виброускорения в диапазоне частот 5–1000 Гц. По результатам эксперимента оценивается вклад в снижение виброактивности по нескольким направлениям. Сделан вывод о том, что только комплексный подход позволяет достичь очень низкой виброактивности при разработке электронасосного агрегата.
Бесплатно
Оценка надежности перспективных космических комплексов
Статья научная
Рассмотрены вопросы обеспечения надёжности космических комплексов и приведены возможные модели экспериментальной оценки показателей надежности космических комплексов и составных частей.
Бесплатно
Оценка надежности спутниковой аппаратуры дистанционного мониторинга водной поверхности
Статья
Работа посвящена исследованию надежности и эффективности космической системы дистанционного мониторинга водной поверхности. Анализ существующих способов мониторинга показал высокий потенциал применения наноспутников для решения поставленной задачи. В качестве объекта исследования был выбран 3U CubeSat с размещенной на борту полезной нагрузкой в виде гиперспектральной камеры. Для оценки надежности системы применен расчет по интенсивностям отказов подсистем. Структурная и параметрическая надежность изделия были исследованы в программном комплексе Windchill Risk and Reliability с учетом циклограммы работы и специфики процесса деградации отдельных компонентов, обусловленного влиянием агрессивной космической среды. Для оценки эффективности применения наноспутника проанализирована зависимость точности определения загрязнения водоема от работоспособности фотоприемного устройства, так как фотоприемное устройство является центральным звеном в передаче оптической информации. Также получена вероятность эффективного измерения спектральных коэффициентов яркости за весь срок службы изделия. Выявлено минимально необходимое количество работоспособных пикселей для мониторинга водоема с достаточной точностью и достоверностью.
Бесплатно
Статья
В настоящее время к материалам на углеродной основе проявляется большой интерес. Они обладают высокими термомеханическими свойствами и массовыми характеристиками, являются достаточно технологичными. В авиационной и космической технике такие материалы нашли широкое применение, например, для изготовления силовых элементов, балок, каркасов, а также элементов обшивки самолетов и ракет. В статье рассматривается напряженное состояние изгибаемых балок круглого и кольцевого сечения из углепластиков. При испытаниях на растяжение и сжатие такие материалы, называемые разномодульными, обнаруживают различные свойства. Поэтому для расчетов на прочность необходимо использовать специальные модели прочности. Предлагается методика расчета на изгиб балок круглого и кольцевого сечения из углепластиков марок М46 и IMS-65. Их модули упругости на растяжение и сжатие, а также соответствующие пределы прочности были определены при испытаниях на машине ZDM-10 с точностью ±1,25 %. На примерах показано, что при расчетах необходимо учитывать различие в свойствах на растяжение и сжатие, а также реальное положение нейтральной оси сечения изгибаемой балки.
Бесплатно
Оценка погрешности синхронизации разнесенных наземных пунктов спутниковой связи
Статья
Значительное число патентов и публикаций в открытой печати показывает на сегодняшний день интенсивность проводимых исследований по созданию новых методов синхронизации и специализированной наземной аппаратуры частотно-временной синхронизации. В статье рассматривается реализация автономной системы синхронизации между наземными пунктами спутниковой связи, которая применяется в условиях неблагоприятного приема или отсутствия сигналов глобальных навигационных спутниковых систем. Представлены исследования по оценке погрешности временной синхронизации территориально разнесенных наземных пунктов спутниковой связи. Рассмотрены основы построения приемной аппаратуры радиотехнической системы и произведен расчет взаимной корреляции опорного сигнала приемной аппаратуры и принятого входного сигнала синхронизации. Приведены результаты натурных испытаний аппаратуры взаимной синхронизации, где определялась потенциальная точность синхронизации оборудования на наземных объектах с заранее неизвестными координатами, при этом аппаратура синхронизации обеспечивала измерение времени распространения сигнала с одного наземного объекта к другому с формированием универсальных шкал времени на пунктах. Способ взаимной синхронизации связанных пунктов осуществляется дуплексным методом на частоте 1065 МГц (запрос) и 625 МГц (ответ) фазокодоманипулированными сигналами с базой, равной 1023 и длительностью 0,1 мкс.
Бесплатно
Статья
Методы топологической оптимизации становятся частью проектирования конструкций летательных аппаратов. Помимо развития классических методов топологической оптимизации свое место нашли нейронные сети. Применений нейронной сети к задаче топологической оптимизации много. В данной работе используется нейронная сеть прямого распространения, применение которой заключается в репараметризации переменных проектирования параметрами нейронной сети – весами и смещениями. Решалась задача консольного изгиба пластины, которая находится в плоском напряженном состоянии и нагружена вертикальной сосредоточенной силой в середине правой грани. Проведено два типа исследования. Первый тип – использование нейронной сети напрямую, где входными величинами являются координаты геометрических центров конечных элементов, второй тип – преобразование входных величин из пространства координат в пространство коэффициентов разложения Фурье. Для каждого типа исследования были решены задачи с применением различных техник фильтрации и проекции и способа избежать схождения в локальный минимум в ходе решения задачи, а также с разными функциями интерполяции материала. В ходе проведения исследования решена 1371 задача. Результатами работы являются значение целевой функции и относительное значение результирующего объема. В ходе исследования выяснено, что не все классические техники улучшения и предотвращения схождения в локальный минимум для задачи топологической оптимизации приводят к адекватным результатам. Наибольшее количество приемлемых результатов дает функция интерполяции «рациональная аппроксимация материала».
Бесплатно
Параболический трансформируемый рефлектор для платформы CubeSat
Статья
Платформа CubeSat используется для создания малых космических аппаратов. Неотъемлемой частью космического аппарата являются антенны для передачи сигналов между ним и абонентами. В зависимости от назначения полезной нагрузки на космический аппарат могут быть установлены антенны различных конфигураций. В космических аппаратах на базе платформы CubeSat используются антенны с раскрывающимся рефлектором. К конструкции рефлектора предъявляются следующие требования: небольшой объем в сложенном положении, максимальная апертура отражающей поверхности в рабочем положении, обеспечение требуемых точностных характеристик отражающей поверхности, простота механизма раскрытия и незначительная масса. Использование гибких шарнирных соединений в конструкции антенны позволяет создать надежный механизм раскрытия, обеспечить необходимую жесткость конструкции и небольшую массу. В статье предложена конструкция трансформируемого параболического рефлектора для космического аппарата на платформе CubeSat. Основным силовым элементом рефлектора является тонкостенная торовая оболочка с механизмом раскрытия в виде гибких шарниров. Проведен геометрический анализ для определения конфигурации рефлектора в сложенном положении. Выполнен модальный анализ для подтверждения необходимой жесткости. По результатам анализов были выбраны характеристики конструкции, которые удовлетворяют условию минимума массы. Разработан технологический процесс изготовления рефлектора, с помощью которого создан макет конструкции. Выполнены испытания рефлектора, заключающиеся в трансформации конструкции из рабочего положения в транспортировочное и обратно. Макет продемонстрировал возможность создания летных образцов рефлекторов, трансформируемым элементом которых является тонкостенная торовая оболочка с гибкими шарнирами.
Бесплатно
Параметрический синтез регулятора метаэвристическим алгоритмом в среде SimInTech
Статья
Эффективность и качество функционирования локальных систем автоматического управления в составе автономного объекта во многом определяются регулятором в их составе и используемым законом управления. Для синтеза регулятора необходимо использование современных систем автоматизированного проектирования. В статье представлены результаты применения генетического алгоритма в качестве метода параметрического синтеза управляющего устройства ПИД-типа в среде динамического моделирования технических систем SimInTech, которая в настоящее время используется на ряде предприятий ракетно-космической отрасли Российской Федерации. Объектом исследования выступает динамическая система с обратной связью на примере системы автоматического управления угловым положением искусственного спутника Земли. Представлена функциональная схема и упрощенная математическая модель системы автоматического управления в виде передаточных функций ее звеньев и ее реализация в среде SimInTech. Компьютерная модель системы, а также синтез регулятора, реализованы как пакет проектов на основе типовых блоков и субмоделей SimInTech, взаимодействующих через общую базу сигналов, которая обеспечивает обмен информацией между проектами, делая модель системы гибкой и универсальной с применением стороннего программного обеспечения – интерактивной оболочки для языка программирования Python – Jupyter Notebook. Описана организация взаимодействия SimInTech и Jupyter Notebook, представлены скрипты программ для его реализации.
Бесплатно
Статья научная
Параметрический синтез систем технического зрения является перспективным направлением научных исследований. Задачи синтеза решаются в модифицированных дескриптивных алгебрах изображений. Для оптимизации управляющих параметров используются генетические алгоритмы. В работе приведены расчеты для оценки важных характеристик параметрического синтеза систем.
Бесплатно
Перспективный алгоритм прогнозирования временной информации в системах синхронизации ГЛОНАСС
Статья научная
С целью повышения точности прогнозирования временной информации в системах синхронизации (эта точность, в свою очередь, зависит от математической модели, описывающей уход шкалы времени, и от точности оценок её параметров) предлагается обрабатывать временную информацию с помощью двухшагового алгоритма. На первом шаге, с целью нахождения тренда в классе линейно или параболически изменяющихся функций, используется метод максимального правдоподобия, который может быть реализован с учётом апостериорной вероятности. На втором шаге, после выделения тренда ухода шкалы времени, предлагается прогнозировать шум наблюдения методом наименьших квадратов (который можно дополнить L2-регуляризацией), где в качестве базисных предложено использовать тригонометрические функции. Оптимальный выбор периода первой гармоники и кратности учитываемых гармоник в разложении шума наблюдения осуществляется с помощью его приближённого канонического разложения по тригонометрическим функциям со случайными коэффициентами. Эти параметры, а также дисперсии случайных коэффициентов разложения находятся в соответствии с оценённой на интервале наблюдения спектральной плотностью мощности шума наблюдения и с заданной точностью воспроизведения его дисперсии. Показано преимущество приближённого канонического разложения шума наблюдения в сравнении со строгим ортогональным разложением Карунена–Лоэва. В работе обоснован оптимальный выбор интервалов наблюдения и прогнозирования.
Бесплатно
Перспективы и приоритеты развития информационных спутниковых систем
Статья научная
Рассмотрены основные направления развития систем спутниковой связи, вещания и ретрансляции информации. Показано, что на сегодняшний день основная тенденция развития космических телекоммуникационных систем - переход к спутникам, использующим технологию HTS (High throughput satellites). Для современных спутников HTS пропускная способность составляет до 100-150 Гбит/с, проекты следующего поколения спутников HTS позволят повысить пропускную способность в несколько раз. Определяют пропускную способность спутников HTS число лучей и полоса частот в луче, доступная для использования. При увеличении числа лучей требуется уменьшать их диаграмму направленности. Современные спутники HTS имеют 70-80 лучей с шириной диаграммы направленности 0,4-0,7 град. Проектируемые спутники будут иметь 150-250 лучей с шириной диаграммы направленности 0,2-0,3 град. Значит, ёмкость проектируемых спутников достигнет 0,5 Tбит/с, а в некоторых проектах даже 1 Тбит/с. При реализации фидерных линий связи с центральными станциями это ведёт к необходимости перехода в V-диапазон радиочастот...
Бесплатно
