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

А.А. Ковель

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

А. П. Кравчуновский, Р. А. Пряничников, С. А. Зоммер

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

Ноженкова Людмила Федоровна, Исаева Ольга Сергеевна, Грузенко Евгений Андреевич

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

Н. А. Завьялова, С. С. Негодяев, А. А. Кузнецов, И. Н. Завьялов, И. И. Фукин, В. Ю. Семака, П. А. Гришин

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

Проектирование системы обеспечения теплового режима модуля аккумуляторных батарей наноспутника формата CubeSat

Е. А. Болтов, Н. А. Елисов, А. А. Кумарин, И. А. Ломака, С. В. Шафран

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

Д. В. Сорокин, Л. А. Бабкина, О. В. Бразговка

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

Проектирование, изготовление и механические испытания ячеистых структур на основе трижды периодической минимальной поверхности

Д. В. Сорокин, Е. В. Москвичев

Статья

Трижды периодические минимальные поверхности (Triply Periodic Minimal Surfaces) в последние десятилетия привлекают значительный интерес исследователей во многих областях, таких как автомобилестроение, авиа-, ракетостроение, химическая промышленность, медицина, биоматериалы и другие. Ячеистые структуры, полученные из таких поверхностей, обладают широкими возможностями в настройке физико-механических свойств для создания новых материалов и элементов конструкций. В данной работе авторами рассматриваются основные вопросы моделирования ячеистых структур типа Gyroid, Schwarz Primitive, I-WP (I-graph-wrapped package) и Schwarz Diamond. Для двух выбранных типов ячеистых структур Gyroid и I-WP был исследован диапазон параметров, влияющих на относительную плотность (объемную долю) материала в кубической элементарной ячейке. На основе элементарной ячейки были созданы геометрические модели образцов с периодически повторяющейся структурой для проведения механических испытаний. Образцы были напечатаны на 3D-принтере и испытаны на сжатие до разрушения с фиксацией диаграмм нагружения и перемещений точек образца. Экспериментальные исследования позволили сделать вывод, что механические свойства образцов существенно зависят от относительной плотности (объемной доли) элементарной ячейки рассматриваемого типа. Управление относительной плотностью может быть полезным инструментом для достижения требуемых механических характеристик проектируемых материалов и элементов конструкций с уникальными свойствами.

Бесплатно

Проектно-баллистический анализ миссии длительного исследования астероида Апофис наноспутником с электроракетной двигательной установкой

О.Л. Старинова, Е.А. Сергаева, А.Ю. Шорников

Статья

В работе рассматриваются объекты несферической формы с малым гравитационным притяжением, например, астероиды, спутники планет и кометы. Рассматривается возможность осуществления миссии к малым телам Солнечной системы неправильной формы на примере астероида Апофис. Авторы статьи предлагают использовать для длительной миссии изучения Апофиса космический аппарат нано-класса с электроракетной двигательной установкой. Целью данной работы является определение необходимых затрат рабочего тела на все этапы миссии, включающей достижение астероида, формирование и поддержание заданной орбиты относительно него. При моделировании управляемого движения космического аппарата учитывается гравитационное притяжение Земли, Солнца и астероида. На этапе движения космического аппарата относительно астероида его гравитационное поле описывается как суперпозиция гравитационных полей двух вращающихся массивных точек. В работе предлагается для предварительного баллистического проектирования миссии разбить ее на два участка. Первый – оптимальный по быстродействию гелиоцентрический перелет Земля – астероид Апофис с выравниванием скорости космического аппарата относительно астероида. Второй – движение в окрестности астероида, включающее оптимальный по быстродействию маневр формирования рабочей орбиты и поддержание рабочей орбиты в течение заданного времени.

Бесплатно

Проектно-баллистический анализ развертывания группировки спутников связи на окололунных орбитах

Ельников Р.В.

Статья научная

Представлены основные результаты проектно-баллистического анализа развертывания трех вариантов группировки космических аппаратов на орбитах искусственных спутников Луны для обеспечения связи между обитаемой стационарной лунной базой и различными районами лунной поверхности.

Бесплатно

Прозрачные ИК-нагреватели на основе серебряной микросетки, полученной методом золь-гель литографии

Воронин А.С., Иванченко Ф.С., Симунин М.М., Фадеев Ю.В., Шиверский А.В., Хартов С.В.

Статья научная

Представлена перспективная низкозатратная методика формирования прозрачных проводящих покрытий на основе металлической микросетки, формируемой при помощи самоорганизованного шаблона. Разработанное покрытие исследовано в качестве прозрачного нагревательного элемента, показана высокая однородность нагрева и стабильность микросетки при высоких мощностях (7,5 кВт/м2).

Бесплатно

Процедура формирования программы номинального управления гелиоцентрическим движением космического аппарата с солнечным парусом с использованием законов локально-оптимального управления

Р.М. Хабибуллин

Статья научная

Работа посвящена некомпланарному межпланетному перелету Земля-Венера космического аппарата, оснащенного солнечным парусом. Целью гелиоцентрического движения является попадание космического аппарата с неидеально отражающим солнечным парусом в сферу Хилла Венеры с нулевым гиперболическим избытком скорости. В работе используется неидеально отражающая модель солнечного паруса, величина и направление ускорения от которого рассчитывается с учетом зеркального и диффузного отражений, поглощения и пропускания фотонов поверхностью солнечного паруса. Одной из главных задач в области навигации и управления движением космического аппарата является поиск простой энергоэффективной схемы управления для выполнения того или иного маневра. Именно такими схемами управления и являются законы локально-оптимального управления, различные комбинации которых позволяют выполнить необходимые маневры при межпланетном перелете. Описана процедура формирования программы управления для некомпланарного межпланетного перелета типа Земля-Венера космического аппарата с неидеально отражающим солнечным парусом. В качестве результатов получены траектория перелета, изменение фазовых координат во времени, графики изменения управляющих углов и сформированная программа номинального управления. Полученные результаты удовлетворяют всем граничным условиям, описанным в постановке задачи.

Бесплатно

Пути оптимизации при проектировании контрольно-проверочной аппаратуры сложных радиотехнических систем

Панько Сергей Петрович, Мишуров Андрей Валерьевич

Статья научная

Проектирование сложной контрольно-проверочной аппаратуры проходит через три этапа оптимизации: анализ рынка и аргументированный выбор контрольных средств, моделирование и макетирование и одновременный контроль разнородных параметров.

Бесплатно

Разработка IBIS-моделей цифровых микросхем на основе экспериментальных данных

Дмитриев Степан Николаевич, Зограф Федор Георгиевич, Левицкий Алексей Александрович, Маринушкин Павел Сергеевич, Московских Михаил Сергеевич

Статья научная

В настоящее время для проведения анализа целостности сигналов может использоваться ряд моделей, включая IBIS (и расширение этой модели - EBD), MOD (соответствующее расширение - PML), SPICE. Модели спецификации IBIS могут применяться при проектировании быстродействующих печатных узлов во многих системах проектирования, в частности, в P-CAD 200X, Altium Designer, Mentor Graphics HyperLynx (LineSim, BoardSim) и в других программных средствах. IBIS-модели позволяют обходить трудности, связанные с созданием и применением для интегральных схем SPICE-моделей, базирующихся на подробном описании внутренней структуры устройства. В данной работе рассмотрена экспериментальная методика создания IBIS-моделей. Основное внимание уделено интерпретации измеренных вольт-амперных характеристик входных и выходных буферов цифровых интегральных схем. В качестве базовой для создания IBIS-модели выбрана структура выходного буфера цифровой схемы, выполненная по КМОП-технологии. Одним из наиболее сложных этапов в экспериментальной методике является получение корректных динамических характеристик для создания IBIS-модели. Наряду с моделированием экспериментальная методика позволяет существенно уменьшить сложность и время создания IBIS-моделей.

Бесплатно

Разработка автоматизированной системы развертывания программного обеспечения автоматизированных рабочих мест центра управления полетами космических аппаратов

М.А. Прохоров, А.Ю. Цветков, А.А. Толмачев

Статья научная

В настоящее время повседневная и боевая деятельность практически любой армии мира во многом определяется качеством информационно-космического обеспечения. При этом качество обеспечения во многом зависит от устойчивости функционирования таких уникальных технических объектов, как центры управления полетами космических аппаратов. Исходя из особенностей построения новых и модернизации уже существующих центров управления полетами установлена их восприимчивость к деструктивным информационным воздействиям. В связи с этим был определен единственный способ гарантированного восстановления информационно-управляющей системы после информационно-технического воздействия, а именно полное переразвертывание автоматизированных рабочих мест, включающее переустановку операционных систем, общего программного обеспечения и специального программного обеспечения. Для обеспечения оперативности восстановления рассматриваемой системы была обоснована необходимость автоматизации процесса развертывания программного обеспечения автоматизированных рабочих мест центра управления полетами космических аппаратов. Результаты проведенного анализа существующих подходов к развертыванию программного обеспечения показали необходимость реализации непосредственно дистроспецифичных методов. Исходя из этого был произведен объектно-ориентированный анализ процесса развертывания программного обеспечения, а также предложена структура автоматизированной системы развертывания программного обеспечения автоматизированных рабочих мест центра управления полетами космических аппаратов, применение которой позволит обеспечить необходимый уровень устойчивости выполнения технологических циклов управления космическими аппаратами в частности, и качество информационно-космического обеспечения войск в целом.

Бесплатно

Разработка алгоритма расчета траектории перехвата ракетой астероида, опасного для планеты Земля

Чеботарев Виктор Евдокимович, Борисов Виталий Игоревич

Статья научная

Работа посвящена разработке программы движения ракеты на перехват астероида. Представлены алгоритмы расчета параметров встречи астероида с Землей, построения траекторий движения ракеты, Земли и астероида в единой временной шкале, связанной с временем движения ракеты.

Бесплатно

Разработка аппаратуры для мониторинга параметров солнечных батарей на борту малых космических аппаратов

Т. Г. Орешенко, И. В. Назаров, А. С. Чапаева

Статья

Целью разработки является создание измерительной аппаратуры для мониторинга параметров солнечных батарей на борту малых космических аппаратов формата CubeSat, обеспечивающей точное снятие вольт-амперных характеристик, регистрацию данных о температуре и освещенности, а также их первичную обработку для передачи в центр управления. Цель представленной работы – разработка схемы нагрузочного устройства – определила необходимость постановки и решения основных задач: 1. Разработать электрическую схему измерительной аппаратуры, включая выбор подходящих компонентов и их интеграцию в единую систему. 2. Обеспечить стабилизацию параметров измерений с использованием корректирующих устройств и схем подавления помех. 3. Реализовать систему электропитания, обеспечивающую необходимый уровень напряжения для цифровых и аналоговых элементов при минимизации пульсаций. 4. Выбрать и интегрировать микроконтроллер, способный выполнять функции измерения, управления и передачи данных через бортовую шину CAN.

Бесплатно

Разработка зеркальной антенны космического аппарата с ультралегким высокоточным размеростабильным рефлектором

В.Б. Тайгин, А.В. Лопатин

Статья

В статье рассмотрены существующие конструкции зеркальных антенн, применяемые на космических аппаратах. Сформулированы требования, при которых обеспечивается надежная работоспособность антенн в условиях эксплуатации. Предложена оригинальная конструкция космической высокочастотной осесимметричной зеркальной антенны сверхлегкого класса. Корпус антенны состоит из нескольких сопряженных тонких криволинейных углепластиковых оболочек. Разработана технология изготовления антенны, которая позволила создать оболочку рефлектора с минимальными отклонениями от теоретического параболоида вращения. С помощью метода конечных элементов выполнен параметрический модальный анализ антенны. На основе этого анализа были определены геометрические параметры, обеспечивающие оптимальные механические и массовые характеристики конструкции. Результаты расчетов были использованы при создании опытного образца зеркальной антенны. Показано, что созданная антенна обладает техническими характеристиками, необходимыми для генерации остронаправленного электромагнитного излучения в Q и V частотных диапазонах. Выполнена успешная наземная экспериментальная отработка конструкции антенны, которая включала этапы механических, термовакуумных и радиотехнических испытаний. Предложенная конструкция может быть использована при создании перспективных космических аппаратов.

Бесплатно

Разработка и исследование бионической модели нейронной сети для управления движением робототехнических систем

Бахшиев Александр Валерьевич, Гунделах Филипп Викторович

Статья научная

В работе рассматривается возможность реализации подхода к управлению робототехническими системами на основе данных об архитектуре биологических нейронных структур управления движением. Рассмотрен пример создания нейросетевого регулятора как упрощенной модели нейронной сети спинального уровня управления мышечным сокращением. Представлена структура иерархического регулятора, способного запоминать и воспроизводить состояния объекта управления.

Бесплатно

Разработка и моделирование неметаллической формообразующей оснастки для изготовления полимерных композиционных рефлекторов спутниковых антенн

М.А. Дремухин, В.Н. Наговицин

Статья

Сокращение сроков проведения прочностного анализа конструкции в процессе изготовления формообразующей оснастки с использованием современных инструментов виртуального компьютерного проектирования и моделирования, а именно математического 3D-моделирования, в условиях мелкосерийного производства с применением аддитивных технологий является основной задачей. При помощи числовой дискретизации исследуемая модель разбивается на конечное множество элементов, которые могут принимать любую форму элемента и определяться в различных системах отсчета. Это позволит приближенно численно прогнозировать поведение материала во время его деформации под действием заданных нагрузок, приложенных к 3D-модели. Применение аддитивных технологий с использованием современного компьютерного моделирования, в основе которого лежит программное обеспечение, является актуальной задачей. Такой подход позволит разработать оснастку сложной геометрической формы, минуя стадии написания управляющих программ и выполнения трудоемких операций по первичной обработке изделия. В основе данного метода лежит процесс построения 3D-модели формообразующей оснастки, повторяющей форму отражающей поверхности рефлектора, с применением модифицированных высокотемпературных инженерных пластиков. Показан процесс оценки эффективности разрабатываемой модели на основе проведения прочностных расчетов запаса прочности, деформации, статического напряжения и перемещения. Результаты работы могут быть использованы при проектировании и изготовлении размеростабильных изделий сложной геометрической формы из неметаллических материалов, применяемых в аэрокосмической промышленности.

Бесплатно

Журнал