Космические аппараты и технологии
Статьи журнала - Космические аппараты и технологии
Все статьи: 347
Компьютерная модель бортового ретрансляционного комплекса для анализа фазовых искажений сигнала
Статья
В статье рассмотрены вопросы, связанные с разработкой компьютерной модели бортового ретрансляционного комплекса с линейной ретрансляцией сигнала для анализа его фазовых искажений. Очень важным является знание фазовых искажений (набега) при определении координат источника радиоизлучения фазовым методом с использованием виртуальной антенной решётки в системах спутниковой связи. Обзор литературы, приведенный в статье, показал отсутствие возможности провести указанные исследования на существующих компьютерных моделях. На основе классического варианта структурной схемы бортового ретрансляционного комплекса была разработана компьютерная модель в среде MATLAB R 2016b (Simulink). В состав модели вошли приёмное устройство, входной и выходной мультиплексоры и усилители мощности. В качестве нелинейных усилителей были взяты математические модели Салеха и Горбани усилителей, реализованных на лампах бегущей волны, и твердотельных усилителей соответственно. Мультиплексоры реализованы в виде полосовых фильтров, подключенных параллельно. Гибридный делитель и ферритовые циркуляторы не вошли в модель. В модели есть возможность исследовать зависимость фазовых искажений сигнала от характеристик структурных блоков бортового ретрансляционного комплекса. Также в компьютерной модели предусмотрена возможность исследования влияния шума на фазовые искажения.
Бесплатно
Компьютерная модель устройства фильтрации сигнала для мониторинговой земной станции
Статья
Системы спутниковой связи имеют преимущество перед другими системами связи, так как имеют большой охват территории. Земная станция может располагаться в любой точке данной территории и может быть как легитимным пользователем, так и спутниковым пиратом (нелегитимным пользователем). Перед разработчиками стоит задача определить координаты незаконно занимающего частотный ресурс нелегитимного пользователя. В статье предложена структурная схема устройства фильтрации сигнала, которое входит в состав устройства определения координат нелегитимного пользователя мониторинговой земной станции. Определены назначение, требования и основная задача каждому составному блоку устройства фильтрации. Произведен поиск и анализ фильтров-аналогов и методов фильтрации сигналов. В программной среде MatLAB Simulink по структурной схеме разработана компьютерная модель устройства фильтрации сигнала с возможностью определения набега фазы, а также раскрыты настройки блоков устройства фильтрации, которые в процессе исследования модели можно корректировать. Для находящихся в составе устройства фильтрации полосовых фильтров по фазочастотным характеристикам построены зависимости изменения фазы принимаемого сигнала от частоты этого сигнала. Сформирована система фазовой автоподстройки частоты с возможностью изменения ее параметров. Произведены расчеты набега фаз через элементы устройства фильтрации.
Бесплатно
Конечно-элементный тепловой расчёт робототехнической системы космического назначения
Статья научная
В статье рассмотрены результаты компьютерного моделирования тепловых режимов функционирования двухосной поворотной платформы на внешней поверхности международной космической станции (МКС), описана методика расчёта и проведён анализ изделия на соответствие требованиям, предъявляемым к космической технике.
Бесплатно
Концепция лунной системы спутниковой связи
Статья научная
Обоснована необходимость создания лунной системы спутниковой связи (ЛССС) длительного функционирования, решающей задачи обеспечения глобальной оперативной связи мобильных транспортных средств на поверхности Луны и вблизи ее с базовой лунной станцией связи на поверхности Луны, а через нее с наземными станциями связи. Проведено исследование различных типов орбитальных группировок ЛССС и принципов организации с их помощью межспутниковой связи и управления. Определены схема и средства выведения спутника на окололунные орбиты, его масса, основные требования к построению и функционированию.
Бесплатно
Концепция окололунной навигации
Статья научная
Формулируются требования к информационно-навигационному обеспечению различного класса потребителей на поверхности Луны и в окололунном космическом пространстве. Рассматриваются принципы спутниковой навигации и соответствующие орбитальные структуры. Определяется частотный план для окололунной навигации и связи. Решается задача интеграции функций навигации и связи на уровне потребительской аппаратуры и спутника.
Бесплатно
Концепция построения триангуляционной селенодезической сети
Статья научная
Разработаны принципы построения триангуляционной селенодезической сети на базе пассивных радиоотражателей и активных приемоответчиков. Проведены оценки параметров селенодезического спутника, решающего задачи измерений дальности до селенодезического пункта активным и пассивным методом, высоты орбиты, информационной связи с наземным пунктом. Сформированы варианты построения активного и пассивного селенодезических пунктов и оценена их масса. Определено количество одновременно выводимых селенодезических пунктов совместно с селенодезическим спутником в орбитальном лунном блоке и принципы их мягкой посадки на поверхность Луны.
Бесплатно
Космические технологии – одна из базовых основ инновационного развития сибирского региона
Статья
Создание ракетно-космического производства привело к мощному развитию промышленного потенциала в сфере наукоемких технологий. Космические технологии обладают огромным инновационным потенциалом для развития высокотехнологических и наукоемких производств, что потребовало соответствующего кадрового обеспечения для решения этих задач. В результате практически в каждом регионе страны были созданы элементы космической инфраструктуры, осуществлено внедрение новейших космических технологий в различных отраслях, в практику управления социально-экономическим развитием регионов. Это положительно отразилось на развитии региона и отдельных его городов. На примере городов Красноярского края проведены оценки уровня бюджетного финансирования программы развития городов с использованием разработанной методики. Выявлена роль особых городов и градообразующих предприятий космической отрасли в обеспечении инновационного развития региона, в том числе в ЗАТО Железногорск. Проведены исследования развития космического направления кластера инновационных технологий, реализуемого АО «ИСС» путем модернизации производства и расширения кооперации предприятий кластера с вузами и предприятиями сибирского региона. Определена роль кадровой политики АО «ИСС», обеспечивающая сохранение и развитие профессиональных компетенций своих сотрудников в области космических высокотехнологических производств, что способствует инновационному развитию отечественной космической отрасли.
Бесплатно
Статья
Основой космических систем навигации являются высокостабильные атомные стандарты частоты, формирующие высокоточную спутниковую шкалу времени и высокостабильную сетку частот, обеспечивающие выходные точностные характеристики космических систем в целом. В основу системы прецизионной термостабилизации были положены следующие основные принципы: обеспечение пространственной неоднородности тепловых потоков на основании атомных стандартов частоты с использованием гипертеплопроводящих пластин; организация управляемых с высокой точностью дозированных тепловых воздействий обогревателей; повышение точности измерения температур (абсолютных и относительных) с помощью бортового стандарта температуры. Результаты лабораторного, наземного и космического эксперимента показали, что принцип прецизионной термостабилизации работает в части учета отклонения температуры от заданной и учета влияния нестабильности питания бортовой сети, также была обеспечена точность термостабилизации с учетом угла поворота солнечных батарей от 0,025 °С (на солнечных участках орбиты) до 0,04 °С (на теневых участках орбиты). Кроме того, при применении гипертеплопроводящих пластин улучшена пространственная нестабильность термоплиты в 6 раз. В итоге разработанные мероприятия позволяют повысить точность прецизионной термостабилизации до 0,01 °С.
Бесплатно
Статья
Главной задачей данного исследования является получение способа расчета коэффициента безопасности для изделий из композиционных материалов, чтобы компенсировать фактические разбросы механических характеристик композиционных материалов в результате используемых существующих технологий изготовления, что позволит обеспечить высокую надежность конструкций из композиционных материалов, применяемых в космической технике и других отраслях промышленности. Исследование было проведено на теоретических параметрических математических моделях с использованием математического аппарата теории вероятностей и статистики, при помощи разработанной пошаговой методики. Практическая применяемость разработанного метода подтверждается на примере анализа сжатой цилиндрической оболочки. Результатом исследования является разработанный метод расчета по предельному состоянию, позволяющий оценить точность используемых теоретических решений, определить значения коэффициентов безопасности и спроектировать конструкцию минимальной массы. Данная работа выполнена коллективом авторов, в котором Ю. П. Похабов построил модель отказов по схеме «нагрузка-сопротивление». В. Н. Наговицин обосновал выбор параметров для расчета цилиндрических оболочек из композиционных материалов. Е. А. Иванов провел анализ сжатых цилиндрических оболочек из углепластика, подтвердивших практическую применяемость метода. А. Ю. Похабов предложил метод расчета по предельному состоянию, позволяющий спроектировать конструкцию минимальной массы.
Бесплатно
Статья
Для эффективного приема полезного широкополосного сигнала требуется компенсировать искажения, вызванные комплексным частотно-зависимым коэффициентом приемо-передающей антенны, мультипликативными помехами и шумами от неоднородности среды распространения, аддитивными помехами и шумами. Применение только корреляционной обработки при определенных условиях не позволит принять полезный широкополосный сигнал с требуемым качеством. В статье разработана математическая модель пространственно-временной обработки широкополосных сигналов в спутниковых системах широкополосного доступа, показывающая, что пространственно-временная обработка должна проводиться в два этапа. На первом этапе проводится пространственно-временная обработка в канале адаптивной антенной решетки на основе формирования комплексного частотно-зависимого вектора весовых коэффициентов, который должен изменяться с изменением сигнально-помеховой обстановки в реальном масштабе времени с учетом изменения направления на источники излучения. На втором этапе производится корреляционная обработка широкополосного сигнала на основе применения кодовых последовательностей большой длины. Данная модель является основой для разработки методов формирования и корреляционной (временной) обработки широкополосных сигналов и методов пространственно-временной обработки широкополосных сигналов в условиях воздействия преднамеренного и непреднамеренного воздействия. На основе представленной математической модели пространственно-временной обработки широкополосных сигналов определены основные направления повышения помехозащищенности в радиоэлектронных системах.
Бесплатно
Статья
Рассматривается процесс раскрытия двухзвенной спицы крупногабаритного трансформируемого рефлектора космического базирования. Ввиду больших затрат на проведение натурных испытаний, построение корректных математических моделей является актуальной задачей. Крупногабаритные трансформируемые конструкции состоят из нескольких соединенных между собой звеньев. При доставке на заданную орбиту они находятся в сложенном состоянии для размещения в ракете-носителе. После выхода на орбиту происходит развертывание до заданного рабочего состояния. Разработана математическая модель раскрытия спицы, усовершенствованная в части учета разделения параметров в зависимости от ее длины и от времени раскрытия, позволяющая исследовать возникающие колебания конструкции. Важным является учет люфта в соединениях. Даже незначительные зазоры в соединениях звеньев спицы могут привести к многократному возрастанию времени стабилизации системы. Разработанная математическая модель дает возможность рассматривать различные условия сопряжения звеньев, изменять массогабаритные параметры и материалы спицы. Представлены результаты моделирования, показывающие корректность математических моделей. Сделаны выводы о допустимости применения математических моделей для спиц, состоящих из большего количества звеньев.
Бесплатно
Математическое моделирование процесса работы пьезодвигателя типа «Захват»
Статья
В статье представлены результаты разработки шагового пьезоэлектрического двигателя. Оригинальность конструкции шагового пьезоэлектрического двигателя состоит в конструкционном рычажном элементе – захвате, который позволяет организовать прямой и обратный ход штока при работе одного пьезоэлемента. Для выбора эффективного процесса работы шагового пьезоэлектрического двигателя разработана математическая модель. Данная математическая модель описывает функционирование пьезоэлектрического двигателя как нелинейной колебательной системы. Математическая модель позволяет определить скорость движения элементов пьезоэлектрического двигателя за период колебания при разных частотах, уровнях нагрузки и величине напряжения. Изготовлен прототип пьезоэлектрического двигателя. Проведены экспериментальные исследования. Техническими характеристиками двигателя являются точность позиционирования до 1 мкм и скорость перемещения штока до 10 мм/мин. при весе груза до 1 кг и напряжении до 100 В. По результатам проведенных экспериментальных исследований определено, что предложенная математическая модель позволяет смоделировать процесс работы пьезоэлектрического двигателя с погрешностью не более 10 %.
Бесплатно
Математическое моделирование системы управления движения беспилотного объекта в среде SimInTech
Статья
В современном мире все чаще в помощь людям приходят роботизированные устройства. Они решают как бытовые проблемы, так и производственные. При проектировании любого объекта неизбежно приходится сталкиваться с проведением испытаний в различных условиях. Для этого можно построить тестовую модель, но, если объект является достаточно сложным и моделей нужно построить сразу несколько, сэкономить трудовые и материальные ресурсы может помочь математическое моделирование. В статье представлено математическое моделирование процессов на основе типовых функциональных блоков в виде систем дифференциально-алгебраических уравнений. Рассмотрено математическое моделирование и алгоритм управления как совокупность взаимосвязанных структур. Смоделировано движение робота при прямом направлении вращения колес, оборотном направлении вращения и обратных направлениях вращения. Построена модель устройства управления, которая по величине отклонения текущей ориентации колесного робота от заданной формирует управляющие воздействия на двигатель колес. Эти воздействия позволяют привести ориентацию робота к желаемой ориентации. Получены характеристики качества для разных значений скорости поворота робота. Несмотря на то, что эта модель игнорирует влияние многих сил, возникающих во время движения, она позволяет выявить влияние таких факторов, как радиус колес, расстояние между ними, величина напряжения, прилагаемого к двигателям во время вращения, на движение и траекторию движения робота.
Бесплатно
Математическое моделирование технологического процесса скручивания волновода
Статья
Скрученные волноводы являются частью волноводных трактов антенно- фидерных устройств космических аппаратов. К ним предъявляют высокие требования точности и надежности. Они изготавливаются из профилированных труб прямоугольного сечения. Скручивание волноводных труб с размерами поперечного сечения менее 11х5,5 мм ведется в приспособлении с помощью жесткой калибрующей оправки. Расчетным методом были определены основные параметры технологического процесса скрутки волноводной трубы (крутящий момент M, усилие волочения Pпр). При скрутке заготовок с сечениями согласно ГОСТ крутящие моменты (M) и усилия волочений (Pпр) от размеров сечений меняются по нелинейной зависимости. Скручивание заготовки из М4 требует меньший крутящий момент (M) и усилие волочения (Pпр), чем для заготовки из М1. Математическим моделированием возможно заранее подобрать оптимальный технологический режим, тем самым обеспечить высокое качество изготовления волноводной скрутки. Для обоснования результатов расчета были рассмотрены методы контроля технологических параметров и проверки качества изготовления изделия. Найдена проблема в замере крутящего момента и усилия протягивания при скручивании заготовки. Поэтому усилие протягивания надлежит замерять со станка. Предложен способ измерения крутящего момента с помощью бесконтактного датчика крутящего момента. Качество изготовления предполагается осуществлять сканером механических напряжений STRESSVISION и электрическими испытаниями.
Бесплатно
Математическое моделирование формообразования поперечно-гофрированной оболочки волновода
Статья
Гибкие поперечно-гофрированные оболочки используются для создания гибких волноводов, которые соединяют жесткие волноводы. Они компенсируют монтажные напряжения при сборке, обеспечивают компенсации температуры и демпфирования вибраций. Эти волноводы широко применяются в системах связи космических аппаратов, от них требуется гибкость, механическая прочность, геометрическая точность и минимальные потери энергии при включении в передающую линию. В данной работе исследуется процесс гофрирования труб прямоугольного профиля из бронзы БрБ2 для создания поперечно-гофрированных оболочек. Цели работы: 1) анализ технологических процессов гофрирования волноводных труб для подбора наиболее точного метода; 2) проведение численного эксперимента для определения технологических параметров. Исходя из анализа методов поперечного гофрирования выбран наиболее рациональный метод гофрирования жидким пуансоном по твердой матрице. Научная новизна заключается в создании математической модели на основании теории изгибающих моментов и растяжения балки. С ее помощью был проведен математический эксперимент, имеющий прикладную пользу для расчетов технологических операций по гофрированию волновода. Найдены необходимые для гофрирования давления для разной геометрии гофра и выявлены закономерности. Математическая модель имеет прикладную пользу для предварительных расчетов технологических операций гофрирования прямоугольных труб. Расчет позволяет подобрать наиболее оптимальный режим технологического процесса: давление жидкости, деформации, изменение пределов текучести, позволяющих качественно изготовить гибкий волновод. Результат вычислений полезен в предварительном проектировании для определения размеров гофрирующей оснастки и усилия, необходимого для осуществления технологического процесса формовки гофров прямоугольных труб.
Бесплатно
Статья
Важнейшей составной частью современных земных станций спутниковой связи являются цифровые синтезаторы сигналов. С их помощью формируются различные сложные сигналы, требуемые показатели качества. Интерес разработчиков к использованию в создаваемых и перспективных земных станциях спутниковой связи цифровых синтезаторов сигналов обусловлен рядом объективных причин: - цифровые синтезаторы сигналов по сравнению с аналоговыми имеют высокую стабильность параметров формируемых сигналов и низкий уровень фазовых шумов; - сочетание широких функциональных возможностей с высокой скоростью переключения и малым шагом перестройки по частоте (доли герц) позволяет с использованием одного и того же устройства формировать сигналы различной частоты с высокой точностью установки и скоростью переключения; - быстродействие современной элементной базы позволяет формировать гетеродинные сигналы в широком рабочем диапазоне частот, составляющем сотни мегагерц. Исследованию методов и устройств цифрового формирования различных видов сигналов посвящено достаточное количество научных работ. Цифровые же синтезаторы сигналов с угловой модуляцией рассматриваются в них недостаточно полно, как правило, отдельно друг от друга, без выявления общих для них закономерностей и особенностей анализа. Анализ преобразований цифрового сигнала с угловой модуляцией в цифровых синтезаторах сигналов, представленного функцией нескольких переменных, как правило, основан на численных методах. Для его проведения необходимо получить математическое описание преобразований сигналов с угловой модуляцией в аналитическом виде. В статье представлены функциональные зависимости, описывающие преобразования сигналов с угловой модуляцией в последовательно соединенных квантователях фазы и напряжения с использованием метода отображения сигналов и метода контурных интегралов. Полученные зависимости позволяют оценить искажения формируемого сигнала с помощью спектрального и корреляционного анализа.
Бесплатно
Меры по ослаблению помех на уровне проектирования измерительного прибора космических аппаратов
Статья
При разработке интерфейсных модулей контроля температур, используемых в составе бортовой аппаратуры космических аппаратов, важно правильно обосновать комплекс мер по обеспечению их помехоустойчивости, принимаемых на уровнях проектирования измерительной системы, измерительного прибора и интерфейсного модуля контроля температур. Такое обоснование предполагает оценку эффективности возможных способов ослабления помех на каждом уровне проектирования. Статья посвящена рассмотрению мер по ослаблению помех на уровне проектирования измерительного прибора, которые следует принимать для обеспечения требуемой помехоустойчивости интерфейсного модуля контроля температур в комплексе с мерами, принимаемыми на других уровнях проектирования. Показано, что для обеспечения требуемой помехоустойчивости интерфейсных модулей контроля температур необходимо на уровне проектирования измерительного прибора предусмотреть меры по ослаблению помех в модуле питания, центральном приборном модуле и межмодульных интерфейсах, а также меры по исключению грубых ошибок измерений (промахов) при обработке цифровых данных в центральном приборном модуле. В модуле питания возможно ослабление помех введением дифференциального и синфазного фильтров на входе и коммутационных фильтров на выходе. В центральном приборном модуле и межмодульных интерфейсах возможно ослабление помех разделением общей шины питания на аналоговую и цифровые шины и объединением их в эквипотенциальной точке. В центральном приборном модуле возможно исключение промахов применением различных статистических методов обработки цифровых данных.
Бесплатно
Меры по ослаблению помех на уровне проектирования измерительной системы космических аппаратов
Статья
Одной из первостепенных задач при разработке интерфейсных модулей контроля температур, используемых в составе бортовой аппаратуры для измерительных систем космических аппаратов различного назначения, является обоснование комплекса мер по обеспечению их помехоустойчивости, принимаемых на уровнях проектирования измерительной системы, измерительного прибора и интерфейсного модуля контроля температур. Такое обоснование предполагает оценку эффективности возможных способов ослабления различных видов воздействующих на измерительную систему помех, определяющих электромагнитную обстановку на космическом аппарате. Статья посвящена рассмотрению мер по ослаблению помех на уровне проектирования измерительной системы, которые следует принимать для обеспечения требуемой помехоустойчивости интерфейсного модуля контроля температур в комплексе с мерами, принимаемыми на других уровнях проектирования. Показано, что для обеспечения требуемой помехоустойчивости интерфейсных модулей контроля температур необходимо на уровне проектирования измерительной системы предусмотреть меры по ослаблению помех в кабеле питания и в измерительных кабелях. В кабеле питания возможно ослабление помех уменьшением импеданса общего электростатического экрана и сопротивлений связи проводов бортовых шин питания, а также скруткой проводов в виде витой пары. В измерительных кабелях возможно ослабление помех уменьшением импеданса общего электростатического экрана и сопротивлений связи проводов линий связи, введением для отдельных групп проводов линий связи дополнительного электростатического экрана и использованием в отдельных группах проводов парной или четверной скрутки.
Бесплатно
Статья
При разработке интерфейсных модулей контроля температур, используемых в составе бортовой аппаратуры космических аппаратов, важно правильно обосновать комплекс мер по обеспечению их помехоустойчивости, принимаемых на уровнях проектирования измерительной системы, измерительного прибора и интерфейсного модуля контроля температур. Такое обоснование предполагает оценку эффективности возможных способов ослабления помех на каждом уровне проектирования. Статья посвящена рассмотрению мер по ослаблению помех на уровне проектирования интерфейсного модуля контроля температур, которые следует принимать для обеспечения требуемой помехоустойчивости интерфейсного модуля контроля температур в комплексе с мерами, принимаемыми на других уровнях проектирования. Показано, что для обеспечения требуемой помехоустойчивости на уровне проектирования интерфейсных модулей контроля температур необходимо предусмотреть обоснованные меры по ослаблению помех как в аналоговых устройствах, так и в цифровых устройствах. В обоих случаях возможно ослабление помех частично введением в устройства помехоподавляющих фильтров и частично использованием общей шины питания в качестве электростатического экрана. Кроме того, возможно дополнительное повышение точности измерений путем проведения на заданном интервале времени многократных измерений и усреднения полученных результатов измерений с помощью цифрового фильтра.
Бесплатно
Статья
В настоящее время на различных этапах создания и отработки находится несколько проектов сервисных космических аппаратов, одной из задач которых является проведение обслуживания орбитальных объектов в максимально сжатые сроки. При планировании обслуживания требуется выполнять большой объем вычислений, связанный с выбором рациональной схемы перелета. Для уменьшения объема вычислений необходим подход, обеспечивающий поиск множества реализуемых траекторий перелета. Одним из таких подходов является метод определения границ пространственно-временных областей достижимости, позволяющий оценить априорные возможности сервисного космического аппарата по обслуживанию орбитальных объектов, расположенных на круговых орбитах. Для построения пространственно-временных областей достижимости применяется математический аппарат теории годографов, позволяющий последовательно, на основе аналитического решения оптимизационной задачи двухимпульсного перелета, определить минимальную и максимальную продолжительности движения космического аппарата, под которыми понимается время, необходимое для перелета от точки начала маневрирования до точки встречи с обслуживаемым орбитальным объектом, при условии приложения одного импульса скорости. Графическое сопоставление траекторий движения обслуживаемых орбитальных объектов и пространственно-временных областей достижимости сервисного космического аппарата позволяет определить потенциальную возможность проведения обслуживания, а также интервалы времени и фазовых углов, на которых такое обслуживание возможно. Предлагаемый метод может быть использован для поиска решения, обеспечивающего начальное приближение для последующего точного расчета траектории движения численными методами, а также построения программы управления космическим аппаратом.
Бесплатно
