Статьи журнала - Космические аппараты и технологии
Все статьи: 322
Статья
На сегодняшний момент времени от спутниковых технологий в той или иной степени зависят многие современные отрасли. Для построения таких спутниковых систем связи необходима оценка параметров качества обслуживания, одним из которых является время задержки информации. Для реализации математической модели спутниковой сети используются такие аналитические выражения для временных задержек, которые имеют неустранимый разрыв второго рода в момент времени, когда интенсивность поступления трафика становится равной интенсивности обслуживания. Устранение данной особенности позволило бы сократить время расчета оптимальных маршрутов. В представленной работе для достижения поставленной цели используется кусочно-линейная аппроксимация. В качестве способа задания прямых рассматриваются два подхода, которые сравниваются с помощью интегрального метода наименьших квадратов, а также рассмотрен вопрос о количестве используемых прямых в условиях поставленной задачи. В качестве результатов были получены аппроксимационные зависимости, позволяющие построить кусочно-линейную функцию среднего времени ожидания в буфере для системы М/М/1. Описана процедура нахождения оптимальных параметров для данной функции, а также аналитическим методом были получены приближенные формулы нахождения точек касания прямых, зависящие от поступающей интенсивности трафика.
Бесплатно
Статья
В последние годы количество космических объектов, находящихся в космическом пространстве, особенно в ближней операционной зоне, значительно увеличилось из-за наращивания космических группировок, в том числе двойного назначения (например, Starlink) и остатков их жизнедеятельности (космического мусора). Данный фактор повышает значимость задачи распознавания и классификации космических объектов по типам в минимально возможное время и занесения их в главный каталог космических объектов. Разработанная методика позволяет провести автоматизированный анализ оптических изображений космических объектов, используя программное обеспечение для решения задачи их распознавания и классификации по типам с применением сверточной нейронной сети. Цель исследования – повысить оперативность обработки и анализа оптических изображений космических аппаратов. Экспериментальные результаты исследования подтверждают достижение его цели. Разработанная методика вносит вклад в развитие программно-аппаратных средств обработки изображений и может быть использована при расчетах и подготовке данных для информационного обеспечения заинтересованных должностных лиц. В работе впервые подготовлен обучающий набор для сверточной нейронной сети с использованием реальных оптических изображений космических аппаратов, полученных в видимом диапазоне.
Бесплатно
Статья научная
Рассмотрены вопросы применения результатов работы научно-исследовательской лаборатории вибродиагностических систем при обучении студентов специальности «Программное обеспечение информационных технологий» предмету цифровая обработка сигналов. Отмечена практическая направленность данного предмета и его важность при решении прикладных технических задач. Предлагается реализация интернет-ресурса для обработки сигнальных данных.
Бесплатно
Статья научная
В статье рассматривается применение способа бесконтактной пайки для создания высоконадежных прецизионных соединений антенно-фидерных устройств космических аппаратов негерметичного исполнения с увеличенными сроками активного существования. Переход к разработке и использованию приемопередающих устройств, работающих в сантиметровом и миллиметровом диапазонах радиоволн для связи космических аппаратов с Землей, позволяет существенно снизить массо-габаритные показатели антенно-фидерных систем за счет уменьшения геометрических размеров составных частей антенно-фидерных систем - антенно-фидерных устройств: антенн, фильтров, волноводов, переходов, делителей, соединений и др. при сохранении требуемых радиотехнических и эксплуатационных характеристик. В связи с уменьшением размеров антенно-фидерных систем космических аппаратов нового поколения требуется создание малогабаритных антенно-фидерных устройств с повышенной точностью конструктивно-технологического исполнения, высоконадежными паяными соединениями, но предъявляет дополнительные требования к конструкции и технологии сборки, точности совмещения деталей между собой, получению высоконадежных, в том числе и прецизионных паяных, соединений с длительными сроками использования в условиях воздействия факторов открытого космоса...
Бесплатно
Статья научная
Разработан автономный двухфазный модуль (АДМ), применяемый в качестве средства термостатирования КА при наземной отработке. Рассмотрены технические характеристики составляющих АДМ. Приведены преимущества термостатирования КА с помощью АДМ. Представлена двухфазная система терморегулирования с механическим насосом для прокачки теплоносителя, определены преимущества двухфазного контура по сравнению с однофазным.
Бесплатно
Применение электрореактивных двигателей в системе коррекции космического аппарата
Статья
Обозначено место электрореактивных двигателей в системе коррекции космических аппаратов, описаны основные задачи, решаемые системой коррекции при эксплуатации космических аппаратов. Приведена современная классификация электрореактивных двигателей, согласно которой существует четыре класса, отличающихся природой процессов, сообщающих рабочему телу кинетическую энергию: электротермические, электростатические, импульсные, магнитоплазмодинамические. Для иллюстрации современного уровня технологии приведены примеры электрореактивных двигателей различных классов, применяющихся в современных космических аппаратах, систематизированы их технические характеристики, такие как тяга, удельный импульс, потребляемая мощность и КПД. В качестве основных двигателей коррекции современных космических аппаратов обозначены электростатические: стационарные плазменные (холловские) и ионные. Для различных классов электрореактивных двигателей приведены диапазоны их обобщенных характеристик в виде совокупности удельного импульса (характеризующего экономичность двигателя) и цены тяги (определяющей энергопотребление двигателя в пересчете на единицу тяги). Указана необходимость учитывать стоимостные показатели разработки и эксплуатации электрореактивных двигателей при создании системы коррекции перспективных космических аппаратов. Определены задачи на дальнейшее исследование в области технико-экономической эффективности применения электрореактивных двигателей в составе систем коррекции космических аппаратов.
Бесплатно
Принципы построения автоматизированной контрольно-проверочной аппаратуры космических аппаратов
Статья научная
Аппаратура контроля сложного оборудования космических аппаратов, насыщенного электроникой, требует создания автоматизированных специализированных устройств, работающих по ранее разработанным сценариям. В работе описана контрольно-проверочная аппаратура для проведения приемосдаточных и предстартовых испытаний космических аппаратов.
Бесплатно
Статья
Анализируются варианты построения малоразмерных космических аппаратов на базе унифицированных космических платформ, исследуются области рационального применения унифицированных космических платформ в составе малых космических аппаратов для решения широкого спектра задач, включая мониторинг арктических регионов. Приводятся методические подходы обеспечения проектного анализа схемных решений унифицированных космических платформ для малых космических аппаратов дистанционного зондирования Земли. Исследуется актуальная проблема выбора типоразмера унифицированной космической платформы, оценки эффективности ее использования с учетом необходимой ее модернизации под конкретную полезную нагрузку. Разработаны методика и модели выбора параметров модификации малого космического аппарата дистанционного зондирования Земли. Применение методики позволяет определить рациональные параметры модификации малого космического аппарата дистанционного зондирования Земли, оценить влияние особенностей проектно-конструкторских решений и внешних связей на суммарные затраты при реализации проекта создания унифицированных космических платформ. Актуальность исследований связана с необходимостью создания конкурентоспособных вариантов малоразмерных космических аппаратов на базе унифицированной космической платформы, предназначенных для обеспечения мониторинга высокоширотных регионов с использованием системы малых космических аппаратов.
Бесплатно
Принципы построения прецизионной системы ориентации и стабилизации космического телескопа
Статья
В настоящее время реализуются проекты проведения астрономических исследований с помощью космических телескопов, размещаемых на космических аппаратах. Это обусловлено исключением влияния атмосферных факторов на качество получаемой информации. Однако в этом случае возникает проблема обеспечения точности ориентации оси визирования телескопа относительно объекта наблюдения в течение требуемого периода времени. В статье рассмотрены принципы построения системы ориентации и стабилизации космического телескопа в варианте его жесткой установки на космическом аппарате. Сформулированы требования к точности ориентации, предложен приборный состав и трехступенчатый алгоритм управления ориентацией. Первая ступень алгоритма обеспечивает первичное наведение оси визирования телескопа на целевой объект по информации со звездного датчика и измерителя угловой скорости до попадания в поле обзора телескопа. Вторая ступень алгоритма обеспечивает приведение оси визирования телескопа относительно направления на целевой объект уже по показаниям самого телескопа до величины погрешности, обеспечивающей требуемый охват области наблюдения. Третья ступень алгоритма обеспечивает удержание оси визирования телескопа относительно направления на целевой объект с требуемой точностью в течение экспозиции. Рассмотрены возмущающие факторы от работающих приборов космического аппарата и сформулированы принципы снижения их воздействия на точность визирования. Для создания наиболее благоприятных условий работы научной аппаратуры космического телескопа, а также обеспечения непрерывного информационного контакта космического аппарата с наземными средствами рекомендовано использовать геостационарную орбиту с малым наклонением и эксцентриситетом.
Бесплатно
Принципы субмодульного построения унифицированной космической платформы
Статья научная
Проведен анализ унифицированных космических платформ модульного построения отечественного и зарубежного производства. Представлены принципы проектирования унифицированной космической платформы. Отличием предлагаемого подхода от существующих является разделение платформы на отдельные субмодули. Данный подход к разработке платформы и космического аппарата в целом позволит сократить время разработки конкретного продукта и снизить его стоимость за счёт применения унифицированных субмодулей. Кроме того, это позволит сделать платформу более гибкой для адаптации под различные требования от полезной нагрузки и условий функционирования. Назначение платформы определяет состав субмодулей и их вариантное построение. Все субмодули монтируются на единую силовую конструкцию, являющуюся основой для конструктивно-силовой схемы космической платформы и малого космического аппарата в целом. Все субмодули в отдельности имеют четко опре- деленные механические, электрические и тепловые интерфейсы. Каждый субмодуль протолетной платформы проходит полный цикл наземной отработки (электрической, механической и термовакуумной). Для последующих платформ субмодули проходят минимально необходимый (в объеме приемосдаточных испытаний) объем проверок (электрических, механических и термовакуумных), что сокращает время разработки и стоимость платформы.
Бесплатно
Статья
Разработка высокоресурсных электронасосных агрегатов, ориентированных для эксплуатации в составе ракетно-космической, авиационной и транспортной техники, является важной задачей. Данные агрегаты являются активными устройствами преобразования энергии, обеспечивают функциональность системы терморегулирования. Его отказ приводит к непоправимым последствиям: неисправностям сопрягаемого оборудования, отказам системы в целом, авариям со значительным экономическим ущербом. Вибрация для электронасосного агрегата является наиболее неблагоприятным фактором, сказывающимся на его надежности. Данное обстоятельство обуславливает актуальность, целесообразность и важность поставленных задач исследования виброактивности электронасосного агрегата – причин появления вибраций и способами борьбы с ними. Рассмотрены основные источники вибраций в электронасосном агрегате космического аппарата, а именно: механические, гидродинамические и электротехнические. Рассмотрены рекомендации зарубежных и отечественных авторов по мерам борьбы с каждым источником. Было проведено исследование технического уровня существующих разработок, результатов, основных технических решений и тенденций развития технических решений для решения проблемы по снижению виброактивности электронасосных агрегатов. На основании данного обзора были сформулированы основные направления дальнейших исследований виброактивности, которые способны привести к ее снижению в существующих конструкциях электронасосных агрегатов.
Бесплатно
Статья
Надежность как космических аппаратов в целом, так и отдельных их систем, подтверждается на этапе комплексной наземной экспериментальной отработки, включающей комплексные термовакуумные испытания. Тепловое состояние объекта испытаний в термовакуумных камерах получается, в частности, при помощи имитатора солнечного излучения. Для контроля энергетической освещенности имитатора солнечного излучения в условиях термовакуумных испытаний наиболее часто используют радиометры на основе кремниевых фотоэлектрических преобразователей. В то же время анализ особенностей кремниевых фотоэлектрических преобразователей показывает, что прямое измерение ими с требуемой для наземной отработки космических аппаратов точностью невозможно – их выходной сигнал нелинеен, зависит от принимаемого спектра, собственной температуры и обладает долговременной нестабильностью. Достигаемая точность измерений прямо зависит от числа и точности применяемых средств и методов необходимой коррекции, из которых коррекция несоответствия спектра имитатора солнечного излучения спектру Солнца является самой сложной и трудоемкой. В то же время спектрально неселективные тепловые радиометры свободны от перечисленных недостатков. В ходе проведенного авторами эксперимента подтверждена значительная зависимость точности измерения энергетической освещенности радиометрами на основе кремниевых фотоэлектрических преобразователей от принимаемого спектра. Сделан вывод о наибольшей оправданности прямого измерения энергетической освещенности имитатора солнечного излучения в условиях термовакуумных испытаний тепловыми радиометрами.
Бесплатно
Проблемы прочности: кинетическая концепция прочности, относительность и неопределённость
Статья научная
На основании кинетического подхода обоснованы принципы относительности и неопределенности при разрушении. Приведены результаты математического эксперимента по определению констант, ответственных за темп расходования ресурса несущей способности при испытаниях до разрушения с постоянной скоростью увеличения нагрузки.
Бесплатно
Статья
Важным этапом разработки унифицированного многоканального интерфейсного модуля контроля температур, входящего в состав измерительных приборов и осуществляющего контроль температуры на элементах конструкции космических аппаратов, является анализ предъявляемых технических требований к измерительным приборам и условий их эксплуатации, которые могут повлиять на структуру модуля. Статья посвящена анализу общих требований к измерительным приборам космических аппаратов, строящимся по магистрально-модульному принципу на базе центрального приборного модуля и содержащим в своём составе интерфейсный модуль контроля температур, а также анализу технических характеристик подключаемых к измерительным приборам различного типа первичных преобразователей. Показано, что к интерфейсным модулям контроля температур, имеющим каналы контроля с различными диапазонами измерения, предъявляются различные требования по точности и стабильности измерения температуры, а в качестве первичных преобразователей для контроля температуры наиболее часто используют термопреобразователи сопротивления с медными и платиновыми чувствительными элементами с номинальными сопротивлениями 100 и 500 Ом. При невысоких требованиях к точности и стабильности измерения используют 100-омные термопреобразователи, при повышенных требованиях к точности и стабильности измерения – 500-омные термопреобразователи. Если не требуется высокое быстродействие измерения температуры, то используют термопреобразователи сопротивления с медными чувствительными элементами. Если необходимы высокое быстродействие и повышенная стабильность измерения, то используют термопреобразователии сопротивления с платиновыми чувствительными элементами.
Бесплатно
Прогностический потенциал математического планирования эксперимента
Статья
Наземно-экспериментальная отработка элементов космической техники – ответственный этап в создании космических изделий, фактически – это наземный «полет» создаваемых устройств. И от того, насколько адекватно будут воспроизведены на этом этапе эксплуатационные условия и обеспечено успешное функционирование устройств в предполагаемых условиях, зависит его успешная работа в реальном полете в течение срока эксплуатации. Радиоэлектронные устройства (аппаратура) космического аппарата – один из непременных элементов, обеспечивающих выполнение целевых задач, которые должны подтвердить свою готовность к предстоящей работе на этапе наземно- экспериментальной отработки. Технология экспериментальной отработки во времена, когда Научно-производственное объединение прикладной механики (ныне АO «Информационные спутниковые системы» им. акад. М. Ф. Решетнёва») входило в круг предприятий создателей космической техники, только складывалась. И очень своевременным оказался в это же время пик исследований и внедрений в инженерную практику математического планирования эксперимента. Имелся задел прикладных работ в различных отраслях науки и техники и минимум работ по радиоэлектронной тематике, так как элементная база последней не позволяла управлять внутренними параметрами электронных комплектующих, т. е. выявлять влияние внутренних факторов. Это стало преградой при реализации возможностей метода в исследованиях и совершенствовании радиоэлектронной аппаратуры. В статье показано, как разработчики аппаратуры предприятия преодолевали существовавшие ограничения и успешно применяли математическое планирование эксперимента впервые в российской космической технике. Используя возможности методологии, решались задачи оптимизации схемотехнической и конструкторской реализации устройств, выбора элементной базы для космической аппаратуры, установление допусков и формирования испытательных режимов и др.
Бесплатно
Программа расчета нагрузок в конструкции космического аппарата
Статья
Для проведения предварительной оценки прочности конструкции космического аппарата разработаны алгоритм и программа расчета механических нагрузок. Алгоритм разработан с целью проведения одновременного расчета нагрузок сразу по нескольким расчетным случаям. В настоящей работе объектом исследования был выбран алгоритм расчета внутренних усилий для пругодеформированной балки. В рамках предварительной оценки такой алгоритм может быть использован для расчета внутренних усилий, возникающих в конструкции космического аппарата на этапе наземной эксплуатации и на участке выведения. С целью обеспечения функциональности на основе алгоритма разработана компьютерная программа, обеспечивающая проведение автоматизированного расчета нагрузок в конструкции космического аппарата с возможностью вывода данных в формате, удобном для их последующего использования. Для оценки корректности результатов, полученных при расчете в программе, они сравнивались с результатами аналитического решения аналогичной задачи. В ходе проверки было выявлено совпадение результатов, полученных в программе и аналитическим методом.
Бесплатно
Программно-математическая модель бортовой аппаратуры командно-измерительной системы
Статья научная
Разработан программный комплекс, предназначенный для автоматизированной поддержки различных этапов конструирования бортовой аппаратуры. Система позволяет выполнять информационно-графическое моделирование архитектуры, а также наглядное имитационнное моделирование функционирования командно-измерительной системы в соответствии с назначением и условиями работы реального оборудования.
Бесплатно
Программный комплекс «Интеграл» для моделирования космических группировок и космических аппаратов
Статья
Целью работы являлось создание программного комплекса для моделирования решения целевых задач многоспутниковыми группировками. Комплекс состоит из модулей динамики центра масс космического аппарата, расчета дистанционного зондирования Земли, спутниковой связи (включая маршрутизацию передачи сообщений по межспутниковой связи), мониторинга космического пространства и других. Основной особенностью реализации была математическая и вычислительная оптимизация расчетов, что позволило проводить их на обычном компьютере без привлечения дополнительных вычислительных мощностей. В ходе работы были предложены поправки к методу Эверхарта для коррекции шага интегрирования траектории. Параллельная реализация также помогла существенно ускорить вычисления. Для иллюстрации работы приведены примеры решения двух различных задач: расчета оптимальной орбиты для задачи мониторинга космического пространства и решения задачи определения минимального числа космических аппаратов, необходимого для зондирования границы Российской Федерации раз в полчаса. Особенностью комплекса является работа с группировкой как с целостным объектом на уровне постановки задач и последующая аналитика ее решения, которая представляется в виде информации по целевым задачам, подгруппам группировки, космическим аппаратам и всей группировке.
Бесплатно
Статья
Одной из наиболее критичных систем наноспутника является система энергопитания, а аккумуляторные батареи, входящие в ее состав, подвержены существенному температурному влиянию. Поэтому для повышения эффективности системы энергопитания и повышения срока службы аккумуляторов требуется использовать систему обеспечения теплового режима. В работе предложен подход к проектированию системы обеспечения теплового режима модуля аккумуляторных батарей наноспутника. Подход состоит из двух этапов. На первом этапе проводится серия термовакуумных испытаний системы. В рамках испытаний оцениваются термодинамические свойства элементов системы энергопитания (удельная теплоемкость и теплопроводность). Оценка происходит по результатам обработки выборок измерений температуры отдельных элементов системы. Параметром согласования полученного решения является значение степени черноты компонентов. На втором этапе оценивается охлаждение блока аккумуляторных батарей при полете наноспутника на теневом участке орбиты. При оценке учитываются термодинамические параметры компонентов системы, полученные экспериментально. Таким образом, была проведена оценка «сверху» излучаемой мощности системы энергопитания. На основе экспериментальных и расчетных данных была проведена оценка достаточности выбранной мощности нагревателя блока аккумуляторных батарей. В статье приводится экспериментальная отработка предложенного подхода, используемые математические модели и эквивалентные схемы расчета модуля аккумуляторных батарей.
Бесплатно
Проектирование элементов конструкций различного назначения на основе топологической оптимизации
Статья
В последние десятилетия активно развиваются теория, алгоритмы и технологии топологической оптимизации для решения задач в различных областях. Данная методика находит широкое применение и использование при проектировании элементов конструкций в инженерных задачах. Отдельный интерес вызывает реализация методов топологической оптимизации в аэрокосмической отрасли. Основным результатом топологической оптимизации является определение эффективного распределения (использования) материала (материалов) в детали. В статье представлен обзор последних достижений, связанных с проектированием изделий широкого назначения, в том числе для ракетно-космической техники, на основе топологической оптимизации. Кратко перечислены основные алгоритмы для решения задач топологической оптимизации. Отдельный акцент в обзоре сделан на открывающиеся качественно новые возможности при моделировании ячеистых и сетчатых структур, изделий из композиционных материалов и мультиматериалов. Приведены примеры решений топологической оптимизации, ставшие уже классическими. Многие полученные результаты проектирования тесно связаны с внедрением различных современных технологий аддитивного производства. В заключении обзора формулируются актуальные вопросы, решение которых позволит обеспечить потенциал будущего роста и перспективы применения всей рассмотренной совокупности технологий проектирования и аддитивного производства в аэрокосмической отрасли.
Бесплатно
