Космические аппараты и технологии
Статьи журнала - Космические аппараты и технологии
Все статьи: 372
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
Получение МОКС-топлива как один из этапов замыкания ядерного топливного цикла
Статья научная
Описывается ядерно-топливный цикл (ЯТЦ) на современном этапе развития и предлагается путь его развития в направлении МОКС-топлива. Описана схема получения таблеточного уран-плутониевого топлива на опытном стенде ГХК.
Бесплатно
Постановка задачи структурно-элементного моделирования интерференции струй в блоке
Статья
Объектами исследования являются сверхзвуковые блочные струйные течения, а также структурные элементы течений (ударные и акустические волны, скачки уплотнения, поверхности газодинамических разрывов), которые воздействуют между собой и с различными техническими объектами. В качестве таких объектов могут выступать элементы конструкции или детали специальных технических систем, испытывающие нагружения в процессе эксплуатации или же подвергающиеся целенаправленному воздействию в целях улучшения их механических свойств. Исследования проводятся с целью разработки математических моделей, описывающих взаимодействие структурных элементов сверхзвуковых газовых струй между собой в блочных составных струях. При выполнении работы рассмотрены различные методы, позволяющие моделировать газоструйные течения. Для решения задачи выбран метод структурно- элементного моделирования газоструйных процессов [1–4], ориентированный на создание инженерных методик расчета задач стартовой газодинамики. Область применения метода расчета может охватывать не только авиационно-космическую, но и гражданскую промышленности, где сталкиваются с проблемами струйного течения. Например, с необходимостью повышения надежности изделий, их прочностных и металлоемких характеристик. Определены и конкретизированы направления последующих теоретических и экспериментальных исследований, определяющих развитие метода структурно- элементного моделирования.
Бесплатно
Построение алгоритмов управления термовакуумными испытаниями в среде SimInTech
Статья
В статье представлены результаты разработки компьютерной модели термовакуумных испытаний, позволяющей исследовать воздействие внешних факторов на устройства, находящиеся в условиях собственной внешней атмосферы космического аппарата. Разработка велась в среде динамического моделирования технических систем SimInTech, которая в настоящее время используется на ряде предприятий ракетно-космической отрасли. Для решения поставленной задачи были созданы модели объекта управления термовакуумной камеры TVAC-1400, произведенной компанией Telstar, и регуляторов, выполненных на базе программируемого промышленного контроллера Siemens S7-300, произведена настройка основных параметров, реализованы алгоритмы управления режимами испытаний. Разработанная модель позволяет осуществлять контроль программ испытаний различной аппаратуры, предотвращение сбоев при ошибке оператора или перебоях в инженерных сетях, выявлять наиболее неблагоприятные ситуации, которые могут возникнуть в процессе функционирования термовакуумной камеры. Кроме того, представленная модель может быть использована для исследования поведения контролируемых параметров термовакуумных испытаний и отработки алгоритмов управления. В статье пошагово описан процесс разработки и настройки модели термовакуумных испытаний, ее субмоделей и панели управления, реализации основных алгоритмов функционирования. Также в работе представлены результаты проверки адекватности разработанной модели.
Бесплатно
Построение нечётких регуляторов для систем управления автономных объектов в среде SimInTech
Статья
Рассматривается управление автономным объектом на примере системы управления угловым положением искусственного спутника Земли. Представлена функциональная схема и упрощённая математическая модель системы автоматического управления угловым положением в виде структурной схемы, уравнения и передаточных функций её звеньев. Модель реализована в среде визуального динамического моделирования SimInTech в виде субмоделей, взаимосвязанных через базу данных сигналов. Рассмотрено управление объектом с использованием инерционно-дифференцирующего аналогового регулятора, дискретного ПИД-регулятора, а также регулятора на основе математической нечёткой логики. Проведена настройка параметров регуляторов с использованием типового блока «Оптимизация» в составе SimInTech. Критериями являются интегральная ошибка регулирования и максимальное значение регулируемой величины. На основе типовых блоков SimInTech построена и протестирована модель регулятора на основе нечёткой логики. Показаны особенности и основные шаги построения нечётких регуляторов в среде SimInTech. Сформулированы и описаны в виде лингвистических выражений правила нечёткого регулирования для управления угловым положением объекта. Представлены результаты моделирования системы с применением регуляторов различного типа.
Бесплатно
Статья
Энергетическая эффективность панелей солнечных батарей во многом определяется точностью их ориентации на Солнце. В статье представлены результаты разработки системы программного управления процессом ориентации панели солнечной батареи в зависимости от географического расположения и календарной даты. Модель системы реализована в среде динамического моделирования технических систем SimInTech и включает модель комплекса электромеханических устройств ориентации панели солнечной батареи, дискретный ПИД-регулятор и блок программного управления, которые реализованы на основе типовых блоков и субмоделей SimInTech. Система ориентации панели позволяет изменять координаты азимута и места, определяющие ориентацию панели в трехмерном пространстве и управлять ими по заданной программе. Система реализована как пакет проектов, взаимодействующих через общую базу сигналов, которая обеспечивает обмен информацией между проектами, делая модель системы гибкой и универсальной. Результат работы системы управления представлен в 3D модуле визуального редактора, который позволяет наглядно отследить результаты управления и эффективность использования оборудования. Для подтверждения показателей качества управления ориентацией панели солнечной батареи производится расчет процента получаемой энергетической мощности.
Бесплатно
Статья научная
Рассматривается общая структура автоматизированной системы управления (АСУ) космическим аппаратом (КА). Анализируются проблемы обработки телеметрической информации в контуре АСУ. Предлагается идеология построения унифицированной системы обработки телеметрической информации (ТМИ) в центрах управления полётами (ЦУП) космических аппаратов.
Бесплатно
Предложения по построению перспективной системы персональной спутниковой связи
Статья научная
Рассматриваются этапы создания и последующего развития многофункциональной системы персональной спутниковой связи и передачи данных с космическими аппаратами на низких орбитах, основные технические решения по улучшению тактико-технических характеристик системы, повышение потребительской привлекательности и конкурентоспособности с зарубежными аналогами. Кроме того, определён основной потребительский контингент системы и представлена динамика восполнения орбитальной группировки системы до 2020 года.
Бесплатно
Статья научная
Цель работы заключается в приложении уравнений общей теории оболочек для исследования изгибающих локальных моментных факторов так называемого краевого эффекта при расчете напряженно-деформированного состояния тороидального бака от внутреннего давления. В работе повторен вывод уравнения общей теории оболочек В. З. Власова в системе криволинейных координат. Получены выражения внутренних мембранных усилий, изгибающих и крутящих моментов. Составлены общие дифференциальные уравнения равновесия расчета изотропных оболочек переменной толщины и кривизны. Для расчета торового бака введена тороидальная система координат; разрешающие уравнения преобразованы в уравнение для решения осесимметричной задачи. Чтобы уменьшить порядок производных, полученное уравнение равновесия преобразовано в вариационное уравнение. Дифференциальные операторы заменены конечно-разностными аналогами, интегрирование заменено ступенчатым суммированием. Континуальная задача сведена к задаче дискретной, вариационно-разностной, с конечным числом переменных...
Бесплатно
Применение Data Mining в космических приложениях
Статья научная
Представлен обзор направлений использования Data Mining в различных приложениях космической тематики: контроль качества изготовления микросхем, анализ телеметрических данных, мониторинг работы космических аппаратов в процессе полета, предпусковой анализ космических аппаратов, прогнозирование поломок, анализ данных на борту космического аппарата в процессе полета и так далее.
Бесплатно
Применение аддитивных технологий в машиностроении для изготовления формообразующей оснастки
Статья
Рассматривается процесс применения аддитивных технологий при изготовлении крупногабаритной формообразующей оснастки. Предполагается сократить сроки изготовления и трудозатраты рабочих путем применения нетрадиционных технологических систем при изготовлении модели формообразующей оснастки, которая имеет качественно новые свойства и возможности, а также существенно повышает уровень автоматизации и интенсификации производственных процессов. При проектировании технологического процесса необходима высокая информационность и компьютеризация, определенный уровень электрификации и энергообеспечения, поэтому проектирование новых технологий базируется на рациональных технологических процессах с использованием накопленного опыта и нового системного подхода, разработанного на единстве технологий проектирования производства с помощью CAD/CAE/CAM систем. За основу изготовления формообразующей оснастки был принят экструзионный метод трехмерной печати по технологии FDM (Fused Deposition Modeling) с применением нового модифицированного материала марки PA12CF. Данный материал представляет собой композитный пластик из полиамида-12, армированный углеродными волокнами. Применение аддитивных технологий с использованием современного компьютерного моделирования, в основе которого лежит единство технологических систем, является актуальной задачей. Данные технологические системы позволят значительно повысить производительность, сократить занимаемые оборудованием производственные площади, уменьшить длительность производственного цикла, сократить число рабочих, занятых в производстве, и осуществить возможность перехода к технологиям, не требующим конструкторской документации в бумажном виде. Вместе с тем аддитивные технологии являются открытыми к дальнейшему их развитию и имеют большой потенциал эволюционировать и модифицироваться в соответствии с изменяющимися внешними условиями на рынке труда.
Бесплатно
Статья
В статье рассматривается способ применения векторных анализаторов цепей при калибровке имитаторов сигналов спутниковых радионавигационных систем. Акцент сделан на уменьшении погрешности калибровки задержки в радиотехнических трактах имитаторов за счет учета составляющей, обусловленной различиями волновых сопротивлений (импедансов) имитатора и аппаратуры, применяемой при его калибровке. Основная цель исследования – оценить, насколько возможно уменьшить погрешность калибровки имитаторов за счет использования измерений электрических параметров тракта передачи сигнала векторными анализаторами цепей. Для реализации предложенного способа проводятся измерения следующих параметров тракта: коэффициент передачи кабельной сборки, групповое время запаздывания в ней, а также комплексные коэффициенты отражения от ее соединителей и от портов имитатора и цифрового осциллографа. Для достижения поставленной цели было проведено имитационное моделирование, основной частью которого являлось прямое вероятностное моделирование измерений векторного анализатора цепей и расчет статистики погрешности, остающейся после прибавления к оценке задержки, полученной традиционным корреляционным методом, калибровочной поправки, рассчитанной по измерениям векторного анализатора цепей (неисключенной систематической погрешности). В результате моделирования показано, что использование векторного анализатора цепей при калибровке имитаторов сигналов спутниковых радионавигационных систем позволяет в несколько раз уменьшить составляющую систематической погрешности, обусловленную импедансными рассогласованиями.
Бесплатно
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
Применение преобразования Фурье в обработке межспутниковых измерений
Статья научная
Статья посвящена разработке метода фильтрации шумов в межспутниковых измерениях на основе преобразования Фурье и адаптивной обработки цветового шума. Актуальность исследования обусловлена необходимостью повышения точности спутниковых навигационных систем в условиях роста помех и сложности операционной среды. Основная цель – снижение случайных и систематических погрешностей в невязках измерений, возникающих из-за различий между расчётными и фактическими значениями задержек сигналов между спутниками. Предложенный метод сочетает спектральный анализ с использованием преобразования Фурье для декомпозиции сигнала на частотные компоненты и адаптивные алгоритмы, учитывающие специфику спектральной плотности цветового шума. Это позволяет эффективно выделить низкочастотный полезный сигнал, подавить высокочастотные шумы и минимизировать искажения. Результаты демонстрируют снижение уровня шумов на 0.5 м при сохранении структурной целостности данных, что подтверждается анализом амплитудных и фазовых спектров, а также коррелограмм. Метод показал эффективность в условиях доминирования розового шума, связанного с долговременными трендами и аппаратурными задержками. Применение разработки способствует повышению точности оценок задержек в задачах геодезии, авиационной навигации и мониторинга. Перспективы работы связаны с интеграцией алгоритмов машинного обучения для динамической настройки параметров фильтрации в реальном времени и оптимизацией вычислительных ресурсов.
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
