В работе приводится обзор основных последних достижений в области алгоритмов активной магнитной ориентации спутников. Выделены три режима работы такой системы. В первую очередь рассматривается вспомогательная задача гашения угловой скорости спутника. Вторая часть посвящена краткому описанию работы магнитной системы совместно с другими управляющими устройствами или с использованием пассивных средств обеспечения ориентации. Управляющий момент, создаваемый магнитной системой, ограничен по направлению: нет возможности создать момент вдоль вектора магнитной индукции. Добавление других исполнительных элементов или использование свойств внешней среды может снять это ограничение, обеспечивая момент вдоль вектора индукции. Возникает, однако, ограничение на реализуемый режим движения. Выделены стабилизация в гравитационном поле с использованием штанги, спутник с тангажным маховиком, стабилизация собственным вращением. В этих случаях достигаются практически важные режимы движения – орбитальная ориентация и инерциальная одноосная стабилизация. Третья часть посвящена наиболее перспективной теме – чисто магнитной системе ориентации, обеспечивающей произвольно заданную трехосную ориентацию космического аппарата. Рассмотрены различные подходы к преодолению ограничения в реализации управляющего момента, с разделением на локальные и оптимизационные методы. В таком подходе возможна реализация любого режима движения аппарата, но точность и быстродействие системы ориентации оказываются невелики.

Бесплатно

Создание высоковакуумной зоны в аэродинамическом следе за защитным экраном в условиях орбитального полета на высотах H = 250 – 400 км

О.П. Пчеляков, В.В. Блинов, А.И. Никифоров, Л.В. Соколов, Л.Л. Зворыкин

Статья

На высотах орбитального полета при поперечном обтекании защитного экрана невозмущенным набегающим потоком в аэродинамическом следе за ним существует стабильная естественная область глубокого вакуума. В этой области «космического» вакуума достигаются уровни разрежения порядка 10–14 – 10–10 мм рт. ст. и ниже при почти полном отсутствии кислорода и углеродсодержащих компонент. При проведении оценок достигаемых уровней разрежения предполагалось, что с рабочей («теневой») поверхности защитного экрана предварительно удалены сорбированные примеси, и скорости собственного газовыделения в зону следа соответствуют парциальному давлению порядка 10–14 мм рт. ст. Этот уровень газовыделения характерен для обезгаженных металлов, применяемых в сверхвысоковакуумной технике. Результаты оценок также показали, что из окружающей среды в зону разрежения за защитным экраном преимущественно попадают «быстрые» молекулы Не и Н2, скорости теплового движения которых существенно превышают орбитальную скорость полета, и их парциальные давления на высотах Н = 250 – 400 км на пять-шесть порядков ниже по сравнению с указанным выше парциальным давлением молекул газовыделения. Настоящая статья посвящена разработке научных основ эксперимента в условиях орбитального полета международной космической станции и обоснованию целесообразности его проведения.

Бесплатно

Создание гетерогенной имитационной модели командно-измерительной системы космического аппарата

О.С. Исаева, Л.Ф. Ноженкова, А.В. Мишуров, А.Н. Камышников, В.В. Евстратько, А.В. Черниговский

Статья

В статье представлены программные инструменты, предназначенные для построения гетерогенных моделей путем программной интеграции логических моделей, методы работы которых заданы в базах знаний и инженерных моделей, созданных в среде технического моделирования. Для построения логических моделей используется разработанное авторами программное обеспечение «Программно-математическая модель бортовой аппаратуры командно-измерительной системы». Инженерные модели строятся в среде графического программирования LabVIEW. Описаны функции разработанного программного обеспечения для создания графических схем моделей, разработки структур данных и пакетов телеметрической информации, формирования базы команд и задания методов работы элементов модели в правилах баз знаний. Построен пример гетерогенной модели, имитирующей логику функционирования бортовой аппаратуры командно-измерительной системы космического аппарата, который включает библиотеку виртуальных приборов для моделирования приемо-передающего тракта и базу знаний с правилами взаимодействия бортовых систем при приеме, передаче, отработке и квитировании команд. Приведенный пример демонстрирует точки интеграции логических имитаторов и виртуальных приборов. Модель позволяет выполнять оценку параметров приемо-передающего тракта и влияния дестабилизирующих факторов на обеспечение качества линии связи, имитировать формирование и преобразование сигнала, поступающего от источника информации – наземного сегмента – в бортовую аппаратуру, и при обеспечении необходимого уровня сигнала моделировать логическое взаимодействие систем. Каждый элемент модели может быть изменен и переработан специалистом предметной области в зависимости от специфики решаемых задач.

Бесплатно

Создание имитационной модели солнечной батареи

Р. В. Романов

Статья

В статье описан процесс создания имитационной модели БС. В качестве объекта исследования выступает БС, входящая в составе СЭП КА, выводимого на высокую эллиптическую орбиту искусственного спутника Земли. При создании имитационной модели БС была сформирована фотопреобразователями (ФП) из арсенида гелия (АГ), КПД которого 27 %. При создании имитационной модели учитывались следующие параметры: напряжение холостого хода освещенной БС при установившейся температуре при выходе КА из тени Земли максимальной длительности при отклонении нормали к поверхности БС от направления на Солнце, а также изменение выходного тока. При создании модели учитываются и воздействия внешних факторов, таких как уменьшение внешнего атмосферного давления, изменения температуры БС при прохождении КА теневых участков орбиты, ионизирующих излучений КП при взаимодействии с магнитосферной плазмой, затенений конструкциями КА и другие. На современных КА системы энергообеспечения занимают по массе, объему и стоимости до 30 % самого КА. Поэтому проблема создания систем электропитания КА (далее по тексту СЭП) имеет важное первостепенное значение, ее совершенствование может заметно улучшить технико- экономические показатели КА в целом. В данной модели впервые применен авторский математический метод расчета деградации, влияющей на вольт- амперную характеристику солнечной батареи в процессе эксплуатации.

Бесплатно

Создание отечественной платформы средств математического моделирования и инженерного анализа для решения практических задач разработки и оптимизации изделий ракетно-космической техники

А. Ш. Козаев, В. В. Миронов, А. С. Негодяев, Э. С. Цырендоржиев

Статья

Целью работы является создание отечественной программной платформы для решения задач математического моделирования в отрасли. Известно, что важнейшей задачей снижения издержек и сроков при создании новых изделий является разработка совершенных математических моделей, адекватно описывающих реальные процессы и достаточно быстродействующих. Для решения такой задачи в Центре Келдыша выполняется ряд проектов, направленных на создание отечественной платформы средств математического моделирования и инженерного анализа в обеспечение практических задач разработки и оптимизации параметров, прежде всего, ракетных двигателей и космических энергоустановок. При разработке платформы в нее закладывается ряд основополагающих принципов, которые сформулированы в работе. Во-первых, это разработка и применение только отечественных программных средств и комплексных решений на основе специализированного программного обеспечения Центра Келдыша, а также коммерческих отечественных программных продуктов. Во-вторых, интеграция компонентов в единый комплекс математических моделей и программных средств с автоматизацией расчетов. В?третьих, это валидация создаваемых математических моделей и программного обеспечения для режимов и условий практических задач с обеспечением заданной точности. Авторами приведены примеры успешного применения разрабатываемой платформы применительно к задачам разработки и оптимизации космических аппаратов. На текущий момент наряду с решением прикладных задач результаты моделирования уже позволили сформулировать практические рекомендации, а также выявить ряд новых эффектов и физических закономерностей, свойственных рассматриваемым сложным техническим устройствам.

Бесплатно

Сосуды давления для космических аппаратов

Баранов Михаил Васильевич

Статья научная

Приведены результаты расчета ресурса конструкции герметичных контейнеров и баллонов давления для космических аппаратов и разгонных блоков разработки ОАО «ИСС им. акад. М. Ф. Решетнева»

Бесплатно

Спутниковый дальномер с пассивным ретроотражением запросного радиосигнала

В.Е. Чеботарев, Ю.П. Саломатов, В.С. Панько, А.А. Ерохин, Е.В. Кузьмин, Р.О. Рязанцев

Статья

В перспективных проектах лунной информационно-навигационной обеспечивающей системы рассматривается использование спутникового дальномера для решения задачи баллистического обеспечения окололунных космических аппаратов. В настоящей работе рассмотрена математическая модель расчета радиолинии спутникового дальномера с пассивным ретроотражением запросного радиосигнала от селенодезических пунктов. Модель позволяет выполнить расчет отношения «сигнал-шум» в отраженном радиосигнале и среднеквадратическое отклонение определения дальности от космического аппарата до пассивного ретрорадиоотражателя при различных условиях. В расчетах учитывается как отражение сигнала от ретрорадиоотражателя, так и от окружающего поверхностного лунного грунта. Рассмотрены различные типы ретрорадиоотражателя в виде комбинаций уголковых отражателей и в виде линзы Люнебурга. Выполнены расчеты радиолинии с использованием указанных типов ретрорадиоотражателей для разных значений высоты орбиты, частоты сигнала и других параметров. Показано, что при определенных значениях параметров радиолинии достигается значение среднеквадратического отклонения определения дальности порядка единиц метров и меньше как для линзы Люнебурга, так и для комбинированного уголкового отражателя. Окончательный выбор должен быть сделан с учетом их массы, а также возможностей трансформации ретрорадиоотражателя из транспортировочного в рабочее состояние.

Бесплатно

Сравнение результатов восстановления диаграммы направленности конической рупорной антенны в дальней зоне по измерениям в зоне Френеля при различных положениях центра апертуры антенны относительно центра вращения опорно-поворотного устройства

В. И. Гриц

Статья научная

В настоящее время методы измерения параметров антенн можно разделить на две основные группы: методы дальней и ближней зоны. Методы дальней зоны не требуют дорогостоящего и сложного оборудования, но для их реализации зачастую требуется антенный полигон протяженностью сотни и тысячи метров. Кроме того, становится практически невыполнимой задача экранирования измерительной трассы от влияния переотражений сигнала от различных предметов. Методы ближней зоны, напротив, лишены этого недостатка, но требуют применения сложных автоматизированных измерительно-вычислительных комплексов. Метод измерения характеристик антенн в зоне Френеля позволяет организовать антенный полигон значительно меньшей длины, чем в методах дальней зоны. Настоящая статья посвящена использованию данного метода применительно к конической рупорной антенне на частоте 13 гигагерц (ГГц). Показано влияние коррекции фазовых диаграмм направленности при различных значениях размера области восстановления диаграммы направленности, а также при разных конфигурациях положения антенны на опорно-поворотном устройстве. Проведен анализ результатов восстановления диаграммы направленности для каждой конфигурации опорно-поворотного устройства. На основе анализа результатов восстановления диаграммы направленности сделан вывод о взаимосвязи необходимости коррекции фазовых диаграмм направленности и расстояния от центра апертуры антенны до точки пересечения осей вращения опорно-поворотного устройства.

Бесплатно

Сравнительные частотные испытания подвесного топливного бака

Смотров Андрей Васильевич

Статья научная

Результаты определения основных динамических характеристик ПТБ самолета Як-130УБС, зарегистрированных при различных уровнях заполнения бака.

Бесплатно

Сравнительный анализ влияния аддитивных помех на сигналы, модулированные вейвлет-функцией и фазоманипулированные сигналы

Анжина Валерия Александровна, Клушин Александр Анатольевич

Статья научная

Проведено моделирование воздействия аддитивной помехи на широкополосные сигналы. Приведены блок-схемы, используемые для моделирования в Matlab. Проведен анализ помехозащищенности сигналов при воздействии аддитивных помех.

Бесплатно

Стенд для измерения направленных характеристик антенн спутниковых систем связи

А.Б. Гладышев, Д.Д. Дмитриев, В.Н. Ратушняк, А.В. Жгун, О.Б. Грицан

Статья

Перспективным решением для предоставления услуг связи и передачи данных на территории Крайнего Севера является развитие телекоммуникационной сети на основе спутниковых систем связи. Поэтому задача разработки и создания земных станций перспективных систем спутниковой связи, имеющих характеристики, значительно превышающие мировые аналоги, является актуальной. Характеристики таких станций во многом зависят от характеристик антенных систем, которые определяют энергетические характеристики канала связи. Целью работы является разработка стенда для измерения направленных характеристик антенн спутниковых систем связи на базе сферического сканера TS8991. Спиральное сканирование, в отличие от классического сферического сканирования, представляет собой альтернативный метод измерений, направленный на уменьшение времени измерений при сохранении необходимой точности. В результате данной работы был реализован алгоритм спирального сканирования на основе сканера ближнего поля фирмы Rohde & Schwarz TS8991 и построен стенд для контроля и настройки параметров антенн земной станции спутниковой связи, представлена его структурная схема. На разработанном стенде была подвергнута испытаниям антенна с рефлектором диаметром 1,2 м. Результаты измерений показали отклонения измеренных значений от расчетных, обусловленные конструктивными недостатками антенны. Время измерений и преобразований в дальнее поле для антенны с диаметром рефлектора 1,2 м с помощью такого стенда составило 35 минут.

Бесплатно

Стратегическое планирование пути развития предприятия с помощью разработки и изготовления наземного сегмента спутниковой связи

М. А. Дремухин, В. Н. Наговицин

Статья

Создание ракетно-космического производства привело к мощному развитию промышленного потенциала региона и отдельных его городов. Поэтому развитие данного направления является актуальной задачей. В статье предлагается создать дополнительное направление по разработке и изготовлению крупногабаритных рефлекторов антенн для наземных антенных станций. В качестве материала при изготовлении сегментов и составных частей рефлектора предлагается использовать композиционные материалы, а формирование изделий предлагается вести относительно недорогим методом по принципу вакуумной инфузии. Данное направление способствует созданию устойчивого развития предприятия, включая систему образования, фундаментальную и прикладную научную отрасль, а также поддержанию конкурентоспособности изготавливаемой продукции, что значительно расширит присутствие предприятия на мировом рынке. Таким образом, работа в данном направлении – весьма перспективная сфера деятельности, которая поспособствует инновационному развитию предприятия, преобразованию структуры производства с учетом рыночных отношений, а также позволит внести значительный вклад в экономику региона.

Бесплатно

Страхование космических проектов на основе вероятностного анализа рисков

Двирный Валерий Васильевич, Голованова Василина Валерьевна, Елфимова Марина Владимировна, Двирный Гурий Валерьевич, Петяева Наталья Николаевна

Статья научная

Необходимым финансовым инструментом для успешной деятельности в аэрокосмической отрасли является страхование космических проектов. В статье проведен обзор развития космического сектора рынка страховых услуг. Приведены виды имущественного и личного страхования, которые представлены в совокупности согласно приведенной классификации на основе вероятностного анализа рисков. Данная классификация страхования космических проектов предназначена для успешной реализации обеспечения национальной безопасности нашей страны, космического мониторинга чрезвычайных ситуаций и коммерциализации ракетно-технической отрасли. Приведены типовые страховые риски космического проекта и примеры определения количественных показателей рисков из анализа надежности составляющих космического аппарата. Была рассмотрена последовательность страхования. Представлены типовые варианты и условия страхования космических рисков, а также стандартные процедуры их размещения на страховых рынках, что позволяет предлагать страхователям страховые покрытия, отработанные на практике и знакомые зарубежным перестраховщикам. Также была рассмотрена стратегия инновационного развития Российской Федерации и разработка моделей оценки рисков проектов в ракетно-космической промышленности на основе предложенного вероятностного анализа.

Бесплатно

Температурное состояние и оценка отклонения формы сферической оболочки калибровочного космического аппарата на теневом участке околоземной орбиты

В.С. Зарубин, В.Н. Зимин, Г.Н. Кувыркин

Статья

Представлена комплексная математическая модель, описывающая изменение формы сферической оболочки калибровочного космического аппарата, вызванное неравномерным распределением температуры по ее поверхности на теневом участке околоземной орбиты. Тепловая часть модели учитывает воздействие на оболочку собственного излучения поверхности Земли и радиационный теплообмен в полости оболочки. Неравномерность облучения поверхности оболочки приводит к неравномерности распределения ее температуры и, как следствие, к отклонению ее формы от сферической, что может повлиять на функциональные характеристики аппарата. Для определения искажения сферической формы оболочки использованы основные положения безмоментной теории оболочек вращения. Количественный анализ представленной модели проведен для установившегося неравномерного распределения температуры по поверхности оболочки, возникающего на различной высоте расположения аппарата над поверхностью Земли. Полученные оценки искажения формы оболочки калибровочного космического аппарата могут быть использованы для сопоставления с допустимыми отклонениями, не нарушающими его функциональные характеристики на теневом участке околоземной орбиты.

Бесплатно

Теневые зоны орбит искусственного спутника луны

Чеботарев В.Е.

Статья научная

Проведено моделирование полутеневых и теневых зон от Земли и Луны и их прохождения искусственным спутником Луны (ИСЛ). Определены периодичность появления теневых (полутеневых) зон от Земли и Луны и одновременность их совпадения. На основании разработанных моделей осуществлена оценка длительности теневых (полутеневых) зон на орбите ИСЛ и их изменения в процессе орбитального движения Земли и Луны для двух вариантов размещения плоскостей орбит ИСЛ и двух типов орбит по периоду обращения. Сформулированы рекомендации по формированию требований к ИСЛ в части его пребывания в теневой (полутеневой) зоне от Земли и Луны.

Бесплатно

Тепловая схема малого космического аппарата типа "Юбилейный" и определение параметров теплообменного устройства

Мурадимов Марат Жамильевич, Двирный Валерий Васильевич, Двирный Гурий Валерьевич, Кукушкин Сергей Геннадьевич, Голованова В.В., Сидорова Екатерина Сергеевна

Статья научная

Приведен расчет параметров теплообменного аппарата (радиатора) из состава системы терморегулирования (СТР) негерметичного телекоммуникационного спутника малого класса (масса спутника до 600 кг), находящегося на низкой круговой орбите - 1500 км.

Бесплатно

Тепловое состояние наноспутника при нестационарном тепловыделении на радиоэлектронных элементах полезной нагрузки

С. В. Белов, А. В. Бельков, А. П. Жуков, М. С. Павлов, С. В. Пономарев

Статья

Цель работы – оценка тепловых режимов работы радиоэлектронных компонент наноспутника в условиях орбитального полета. В статье представлены результаты численного исследования теплового состояния наноспутника CubeSat с форм-фактором 1U при его движении по низкой околоземной орбите высотой 300 км в дни осеннего равноденствия и зимнего солнцестояния. Тепловая численная модель наноспутника учитывает тепловые потоки от Солнца и от поверхности Земли, атмосферный нагрев не учитывается. Кроме того, принимается во внимание нестационарность тепловыделения на радиоэлектронных компонентах полезной нагрузки наноспутника, а также переизлучение энергии внутри его корпуса. Геометрический и конструктивный облик наноспутника, теплофизические свойства материалов и оптические свойства свободных поверхностей, режимы работы полезной нагрузки определены на основе данных, полученных из литературных источников. Результаты численного моделирования показывают, что температура радиоэлектронных компонент зависит от мощности собственного тепловыделения, теплового излучения соседних плат, орбитального движения наноспутника по околоземной орбите, его положения на орбите Земли. Динамика температуры радиоэлектронных компонент определяется действующим на них режимом тепловыделения. Хотя в условиях поставленной задачи температуры большинства радиоэлектронных компонент находятся в допустимых эксплуатационных пределах, действие коротких импульсных тепловых нагрузок большой мощности может приводить к перегреву компонент полезной нагрузки.

Бесплатно

Термоэмиссионное охлаждение элементов летательных аппаратов. Обзор современных исследований

П. А. Архипов, А. В. Колычев, М. В. Чернышов, В. А. Керножицкий

Статья

Целью данной статьи является обзор текущего состояния исследований в области термоэмиссионного охлаждения и освещение их потенциальных применений в астронавтике и ракетостроении, особенно для космических аппаратов многоразового использования и высокоскоростных самолетов. В статье обобщены результаты работы исследовательских групп из нескольких университетов России, США и Китая. В ней рассматриваются теоретические модели и экспериментальные разработки технологии термоэмиссионного охлаждения, без углубления в подробные методологии. Основные исследования в этой области проводятся командами из университетов Мичигана, Колорадо, Вермонта и Техаса в США при активной поддержке корпорации Lockheed Martin. В данных университетах уже активно производятся экспериментальные исследования данной технологии. Более того, уже полученные результаты хорошо коррелируют с результатами теоретической проработки, из чего можно сделать вывод о перспективности исследований. Эффект термоэлектронной эмиссии дает возможность снизить температуру передних кромок аппаратов, что особенно актуально для космических аппаратов многоразового использования и беспилотных миссий, где поддержание оптимальной температуры компонентов становится ключевым фактором срока службы и надежности системы.

Бесплатно

Термоэмиссионный способ и устройство охлаждения лопаток турбин газотурбинных преобразователей космических аппаратов с длительным сроком активного существования

Колычев Алексей Васильевич, Керножицкий Владимир Андреевич

Статья научная

Описаны термоэмиссионный способ и устройство охлаждения лопаток турбин газотурбинных преобразователей космических аппаратов, основанные на новом физическом принципе - явлении термоэлектронной эмиссии, испускании электронов нагретым металлом. Реализация термоэмиссионного способа и устройства охлаждения лопаток турбин позволяет повысить температуру рабочего тела перед турбиной до 2600-2700 К для органических топлив и выше для других рабочих тел и источников тепловой энергии (достигается при величине работы выхода электронов 1,6-1,7 эВ), уменьшить КПД газотурбинных преобразователей космических аппаратов до 43-44 %, снизить в два-три раза температурные напряжения в лопатках турбин газотурбинных преобразователей, снизить стоимость их изготовления и эксплуатации, а также дает возможность проводить диагностику теплового состояния турбины и других высокотемпературных элементов непрерывно в режиме реального времени. Все это обеспечивает потенциал для создания космических аппаратов повышенной энергоемкости с длительным сроком активного существования.

Бесплатно

Техническая апробация метода проведения испытаний на вибрационные воздействия бортовой радиоэлектронной аппаратуры космических аппаратов

А. А. Хвалько, А. С. Орлов, С. Б. Сунцов, И. С. Васильев, А. А. Горяйнова

Статья

В статье приведено описание разработанного метода, который обеспечивает корректное проведение механических испытаний бортовой радиоэлектронной аппаратуры космических аппаратов на вибрационные воздействия в процессе наземной экспериментальной отработки. Так как в процессе вибрационных воздействий возникают резонансные явления, которые могут вызывать воздействия на элементы бортовой аппаратуры, в сотни раз превышающие нормированные уровни воздействий, возникающие при штатных режимах в момент выведения космического аппарата на целевую орбиту. В связи с этим в процессе испытаний систематически происходил выход из строя объектов испытаний, вызванный необоснованными уровнями воздействий по причине возникающих резонансных явлений. С целью решения возникшей проблемы проведения механических испытаний на вибрационные воздействия был разработан метод «вырезания частот» в области резонанса. Разработанный метод в общем виде представляет собой процесс определения добротности объекта испытаний в момент определения его собственной частоты. В случае обнаружения резонансных явлений происходит автоматизированное снижение задающих ускорений до величины, соответствующей нормированным уровням воздействий. В результате технической апробации разработанного метода проведения испытаний на вибрационные воздействия бортовой радиоэлектронной аппаратуры была подтверждена его работоспособность. Внедрение разработанного метода позволило обеспечить нормированные режимы испытаний, которые полностью соответствовали заданным требованиям, и подтверждать квалификационный запас прочности изготовленной бортовой радиоэлектронной аппаратуры космических аппаратов.

Бесплатно

Журнал