Космические аппараты и технологии
Статьи журнала - Космические аппараты и технологии
Все статьи: 364
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
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
Статья
Обоснована возможность применения в качестве альтернативы термической обработке вибрационных технологий, имеющих меньшую длительность, малую энергозатратность, низкие капитальные затраты и сопоставимую эффективность. Выделены приоритетные области применения способов вибрационной обработки ответственных сварных конструкций: послесварочной и сопутствующей. Показаны достоинства и сложности при внедрении данных способов: возможность контроля эффективности послесварочной обработки по изменению амплитудно-частотной характеристики, повышение прочности и пластичности и оптимизация геометрических параметров сварного шва, совмещение времени обработки совместно со сварочным производственным циклом при сопутствующей обработке. Приведены краткие результаты опытных работ по критериям остаточных напряжений и остаточных деформаций для разных типов сварных соединений, таких как стыковое, тавровое и нахлесточное, и нескольких групп материалов, таких как алюминиевые сплавы, углеродистые и нержавеющие стали. Сделано заключение о перспективности применения послесварочной вибрационной обработки для габаритных жестких, образующих замкнутый контур, составленных из множества деталей и подсборок, сварных конструкций в сборочно-сварочных специальных кондукторах или универсально-сборочных приспособлениях, а также об изначальном снижении остаточных деформаций при сопутствующей вибрационной обработке сварных соединений.
Бесплатно
Перспективы проектирования и производства малобюджетных ракет-носителей
Статья научная
Данная статья посвящена ракетам-носителям спутников, их анализу и новым перспективам в проектировании. В первой части статьи представлен обзор и анализ существующих систем, принимая во внимание их разновидности (космические транспортные системы многократного применения; ракетно-космические транспортные системы однократного применения; первые космические системы однократного применения) и их состояние выведения на орбиту (реальное или прогнозируемое). Во второй части статьи представлена новая перспектива в проектировании ракет-носителей, основанная на выборе оптимальных качеств с экономической точки зрения, а также с учетом анализа, представленного в первой части статьи, и анализа настоящих и будущих тенденций. В заключении приведены выводы относительно преимуществ малобюджетных систем выведения, перспективы совместного сотрудничества, а также рассмотрены вопросы по безопасности.
Бесплатно
Планирование траекторий промышленных роботов на основе нейронных сетей
Статья научная
Предложен новый метод планирования траекторий роботов-манипуляторов в рабочей среде с препятствиями, основанный на использовании топологически упорядоченной нейронной сети. Метод позволяет эффективно учесть сложную форму препятствий в промышленных роботизированных комплексах и обеспечивает приемлемое для практики количество тестов на столкновение.
Бесплатно
Статья
В работе рассмотрен метод повышения достоверности передачи данных в условиях рэлеевских замираний сигнала c использованием режимов комплексирования прерывистого излучения и когерентного разнесённого приема фазоманипулированных сигналов с оптимальным сложением. Основная цель исследования – повышение помехоустойчивости передачи данных в рэлеевском канале при неизменных мощности передатчика и скорости передачи данных. Исследование было выполнено методом математического моделирования в средах MathCad (система компьютерной алгебры)/Matlab. Показана применимость метода не только для систем радиодиапазона, но и для квантовых устройств передачи данных, в частности инфракрасного диапазона, работающих в условиях флуктуаций тропосферного канала, на линии связи «космический аппарат – наземная станция слежения». Основные итоги работы: показано преимущество комплексирования прерывистого излучения и разнесённого приема сигналов при неизменной мощности передатчика для повышения надёжности функционирования автономных систем; определена зависимость вероятности ошибки от уровня порога при фиксированной мощности передатчика; сделана оценка оптимального порогового уровня передающего устройства по критерию минимизации вероятности ошибки; показано, что при оптимальном уровне порога обеспечивается не только минимальная вероятность ошибочного приёма данных, но и снижается энергетический расход передатчика.
Бесплатно
Статья научная
В космической технике для наведения антенн, объективов и других систем используются специальные приводы, к которым предъявляются высокие требования по точности позиционирования, плавности хода самоторможению, снижению габаритов и массы, повышению нагрузочной способности ресурса работы и КПД. Применяемые механические передачи систем космического назначения используются в виде комбинированных преобразователей, таких как зубчатые цилиндрическо-червячные, червячно-винтовые и др. При помощи червячных передач, обладающих самоторможением, возможно получение точных и малых перемещений. Основным недостатком, препятствующим повышению нагрузочной способности существующих глобоидных червячных передач, является нерациональная геометрия зацепления по линейчатому контакту винтовой поверхности глобоидного червяка и зубьев цилиндрического червячного колеса, что снижает нагрузочную способность и обусловлено технологической сложностью изготовления винтовой поверхности глобоидного червяка радиусного нелинейчатого профиля. Цель исследования – разработка КТР и технологии изготовления профильно-сопряженной глобоидно-цилиндрической червячной пары, обеспечивающей повышение нагрузочной способности, и методики расчета радиуса приведенной кривизны и пятна контакта сопряженных рабочих поверхностей. Исследование проводилось экспериментальными и математическими методами. Были разработаны модели, методики и технологическая схема нарезания винтовой поверхности вогнутого радиусного эвольвентного профиля глобоидного червяка ротационным точением. Разработанная технология изготовления профильно-сопряженной глобоидно-цилиндрической червячной пары может быть использована в космическом машиностроении, в самолетостроении, при производстве оборонной техники и в общем машиностроении.
Бесплатно
Статья
В статье рассмотрены методы повышения статической и динамической точности управления мехатронного устройства параллельной структуры космического назначения типа гексапода (платформа Гью-Стюарта). Описано решение обратной задачи кинематики и обоснована необходимость решать прямую задачу кинематики численными методами. В ходе исследований выявлено, что основной источник ошибок позиционирования гексапода без основной обратной связи – это его линейные приводы, имеющие систематические погрешности в механической части линейной передачи, редуктора, в расположении обмоток двигателя; температурные ошибки, обусловленные изменением размеров деталей за счет нагрева или охлаждения; ошибки, вызванные упругими деформациями под действием нагрузки. Для повышения статической точности гексапода предлагается ряд как конструктивных, так и программных решений: предварительный натяг механической передачи, индивидуальная калибровка каждого привода, компенсация температурных расширений и др. Для повышения динамической точности предлагается применение способа управления линейными приводами в следящем режиме наряду с обеспечением траектории движения платформы с ограничением скорости ее движения и производных скорости. Применение указанных методов позволяет значительно улучшить точность работы механизмов параллельной структуры и, тем самым, приблизиться к достижению предельных качественных свойств бортовых оптико-электронных и информационных систем космических аппаратов и станций.
Бесплатно
Статья
Пространственно-временная обработка сигналов в адаптивных радиоэлектронных системах, в том числе и навигационных, остается предметом интенсивных исследований, так как позволяет повысить эффективность приема полезных сигналов в условиях воздействия естественных или преднамеренных помех. Библиография по этой тематике весьма обширна и включает в себя большое число статей научного и прикладного характера, диссертаций, монографий, патентных материалов. Значительная часть этих работ имеет ссылки на монографии Р. Монзинго и Б. Уидроу, в которых изложены основные принципы, критерии и алгоритмы пространственно-временной обработки сигналов. До настоящего времени развитие пространственно-временной обработки сигналов во многом сдерживалось несовершенством элементной базы. Применение в современной навигационной аппаратуре потребителей быстродействующих сигнальных процессоров, реализующих перспективные методы и алгоритмы цифровой обработки сигналов, предоставляет возможность цифровыми способами формировать требуемую диаграмму направленности антенной системы и корректировать частотные характеристики приемных каналов, реализовывать сложные алгоритмы оптимальной обработки полезных сигналов, оперативно управлять основными режимами работы аппаратуры. Одним из важнейших приложений пространственно-временной обработки сигналов является подавление помеховых сигналов, а его эффективность напрямую зависит от степени межканальной корреляции этих сигналов, принятых антенными элементами адаптивной антенной решетки. Для максимизации коэффициента подавления помех требуется принятие мер по выравниванию частотных и фазовых характеристик приемных трактов и высокой точности вычисления весовых коэффициентов. В статье рассматриваются вопросы пространственной фильтрации помех при использовании адаптивного компенсатора помех с учетом коррекции частотных характеристик приемных каналов средств спутниковой навигации. Представлен градиентный алгоритм пространственной компенсации помех, а также влияние адаптивной коррекции частотных характеристик приемных каналов на качество подавления помех. Продемонстрировано формирование диаграммы направленности многоэлементной адаптивной антенной решетки при пространственном подавлении помех путем моделирования в среде Matlab.
Бесплатно
Статья научная
Проведение научно-исследовательских работ, которые являются локомотивом деятельности наукоёмких предприятий, невозможно без анализа научно-технической информации. Производство современной конкурентоспособной продукции основано на постоянных научных исследованиях, ориентированных на долгосрочную перспективу. Поэтому так важно использовать системный подход к анализу научно-технической информации, который позволяет не только выявить научно-технический задел, созданный в заданной области научно-технического и инженерного поиска, но и обозначить контуры предполагаемых решений, определить технические решения, способные к последующей защите в виде объектов интеллектуальной собственности. В статье обозначены проблемы сохранения и развития интеллектуальной базы предприятий космической отрасли. Предложен путь решения - разработка комплекса эффективных мер, направленных на повышение системы информационно-аналитического обеспечения. Рассмотрена одна из задач, помогающих решить вышеуказанную проблему, - отбор перспективных технических решений, и предложено решение данной задачи методом кластеризации, относящимся к интеллектуальному анализу данных...
Бесплатно
Статья научная
Создано программное обеспечение для подготовки и проведения испытаний функционирования оборудования командно-измерительной системы с применением контрольно-проверочной аппаратуры.
Бесплатно
Статья
Разработан способ подготовки поверхности титановых сплавов, обеспечивающий увеличение прочностных характеристик клеевых соединений титан–композит. При подготовке поверхности деталей из титановых сплавов недостаточно применение только механической обработки, а при сочетании с химической обработкой поверхности возможно образование прочных связей. Для получения на деталях из титановых сплавов более развитой поверхности с целью повышения адгезии производят подготовку перед склеиванием вновь разработанным комбинированным механохимическим способом. Подготовка поверхности осуществляется за счет формирования рельефной структуры посредством нанесения рифления на станке с последующим удалением окисной пленки и формированием высокой степени микрошероховатости при помощи травления в смеси кислот. Подготовка поверхности титановых поверхностей новым методом позволяет минимизировать влияние человеческого фактора, улучшить адгезионные характеристики поверхностей деталей, увеличить временной интервал между механической подготовкой и склеиванием. Проведены исследования по определению предела прочности при сдвиге, изгибе, кручении, сжатии, растяжении, а также по определению влияния разрыва временных интервалов между механической подготовкой поверхности и склеиванием на прочностные характеристики клеевого соединения на образцах титан–композит с различной подготовкой поверхности титана. Проведен анализ влияния способов обработки поверхностей деталей из титановых сплавов на прочность клеевого соединения с учетом влияния термического воздействия в условиях вакуума, имитирующего эксплуатацию космического аппарата в условиях космоса.
Бесплатно
Статья
Цель работы – исследование возможностей как контроля профиля рефлектора, так и стабилизации лучей спутниковой многолучевой гибридной зеркальной антенны электронными средствами. В статье предлагается способ реконструкции текущего состояния рефлектора по принимаемым сигналам и стабилизации лучей за счет управления весовыми коэффициентами облучателей антенной решетки. Научная новизна и практическая ценность работы состоят в альтернативе оптико-механическим системам коррекции профиля рефлектора, требующим дополнительного оборудования, в то время как в предлагаемом способе состояние рефлектора контролируется по сигналам от наземной базовой станции и лучи стабилизируются электронными средствами. Искаженный рефлектор аппроксимируется параболоидом наилучшего соответствия, при оптимизации параметров которого используется скалярный вариант физической оптики. Верификация результатов осуществлялась их сопоставлением со строгим решением в среде CST. В результате работы выявлены факторы, усложняющие задачу реконструкции поверхности рефлектора, анализируются сходимость и точность решений, получаемых в ходе итерационных процедур градиентного спуска. Оценивается эффективность поддержания рабочей зоны при электронной стабилизации лучей за счет адаптации весовых коэффициентов возбуждения кластеров антенной решетки по рассчитанному параболоиду наилучшего соответствия. Результаты расчетов подтверждают работоспособность обсуждаемого способа стабилизации лучей при умеренных искажениях рефлектора. Его эффективность проявляется в увеличении коэффициента усиления для локальных зон обслуживания вплоть до 10 дБ.
Бесплатно
Статья
В условиях наличия большого числа объектов в зоне ответственности информационной системы возможно возникновение информационной перегрузки. В работе на основе формализации процесса отображения обстановки в зоне ответственности информационной системы рассмотрен подход и на его основе предложены метод и алгоритм агрегирования данных о воздушно-космических групповых объектах в информационной системе с ограниченными ресурсами. Показано, что для анализа процессов, происходящих при отображении отношений между объектами в группе в информационной системе в условиях временных и ресурсных ограничений, целесообразно использовать аппарат теории нечетких множеств. Приводится структура разработанного метода, требуемые для его реализации вычислительные ресурсы и предлагается усечённый вариант алгоритма, реализующего предложенный метод, а также приводятся результаты оценки качества функционирования разработанного усеченного алгоритма. Расчёты показывают, что разработанный алгоритм обеспечивает существенное снижение потерь информации и повышает информационные возможности системы в условиях перегрузки в несколько раз. Основная цель работы – предложить способ минимизации потерь информации реального масштаба времени в условиях информационной перегрузки сложной иерархической системы с ограниченными возможностями на основе агрегирования данных об объектах, действующих компактными группами.
Бесплатно
Статья
Композиты на основе сверхвысокомолекулярного полиэтилена, модифицированные наночастицами карбида бора B4C и композита B4C/W, для материалов защиты от быстрых и медленных (тепловых) нейтронов и γ-излучения сформированы методом механохимического синтеза в высокоэнергетических планетарных шаровых мельницах. Фазовый состав и микроструктурные характеристики композитов изучены методами рентгенографического фазового анализа (дифрактометр D8 Advance, Bruker), электронной микроскопии (сканирующий электронный микроскоп CamScan 4) и инфракрасной Фурье-спектроскопии (Фурье-спектрометр Nikolet iS10). Совместная механическая обработка в планетарной мельнице порошков сверхвысокомолекулярного полиэтилена и карбида бора В4С приводит к формированию полимерных композиционных частиц чешуйчатой формы с хаотичным распределением в них частиц карбида бора и равномерным распределением нанокристаллического железа в матрице полимера (~ 9 масс. %). Кроме того, формируется структура карбида бора с меньшим содержанием углерода (В6.5С), а также происходит разрыв молекулярных цепочек полиэтилена и его аморфизация. Совместная обработка в планетарной мельнице сверхвысокомолекулярного полиэтилена и механокомпозита B4C/W приводит к формированию полимерных композиционных частиц чешуйчатой формы с равномерным распределением в полимерной матрице частиц карбида бора и вольфрама. Изменяются параметры тонкой структуры карбида бора B4C. В результате взаимодействия полимерной матрицы и дисперсных порошков модификатора происходит образование поперечно сшитых структур и деструкция полимера с уменьшением его молекулярной массы.
Бесплатно
Полупроводниковые вакуумные технологии в космическом пространстве: история, состояние, перспективы
Статья
В настоящей работе рассмотрены предпосылки, история реализации и перспективы синтеза многослойных полупроводниковых композиций из молекулярных пучков в условиях орбитального полета космических аппаратов. Показаны преимущества проведения технологического процесса в глубоком вакууме, образующемся в результате проявления эффекта молекулярного экрана для получения новых тонкопленочных материалов с уникальными свойствами. Описан наземный имитатор космического модуля и действующий макет молекулярного экрана. Обсуждаются особенности эскизного проекта универсальной автоматизированной установки молекулярно-лучевой эпитаксии. Современные высокоэффективные солнечные элементы представляют собой сложные многослойные гетеросистемы. Они состоят из трех основных p-n переходов, выполненных из Ge, InGaAs, InGaP и соединенных последовательно туннельными диодами. Поскольку эти материалы совместимы по постоянной кристаллической решетки, гетероструктуры для солнечных элементов на их основе выращиваются в едином ростовом процессе на германиевом p-n переходе-подложке или на арсениде галлия. Все большее применение в этом процессе находят нанотехнологии. Самый современный мировой рекорд по эффективности трехпереходных солнечных батарей с КПД вплоть до 44,5 % при интенсивностях солнечного излучения в несколько сотен солнц достигнут находящейся в «Кремниевой долине» фирмой Solar Junction при использовании молекулярной эпитаксии. В ИФП СО РАН ведутся работы по созданию высокопроизводительной и недорогой аппаратуры для сверхвысоковакуумной технологии молекулярно-лучевой эпитаксии гетероструктур для солнечных элементов с применением космических технологий.
Бесплатно
