Космические аппараты и технологии
Статьи журнала - Космические аппараты и технологии
Все статьи: 378
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
Статья научная
В данной работе рассматривается актуальная проблема разработки современных инициирующих устройств для космической техники, обеспечивающих высокую надежность при минимальном ударном воздействии. Исследование направлено на создание электромагнитного инициирующего устройства, способного заменить традиционные пиротехнические системы, обладающие рядом существенных недостатков, таких как высокие ударные нагрузки, одноразовость применения и сложность наземной отработки. Основной целью работы является разработка конструкции электромагнитного инициирующего устройства с оптимальными массогабаритными характеристиками, обеспечивающего высокую скорость срабатывания при минимальном ударном воздействии. В статье подробно рассматривается принцип работы устройства, основанный на взаимодействии соленоида с токопроводящей оболочкой сердечника, где тормозящий эффект достигается за счет генерации вихревых токов. Этот принцип позволяет существенно снизить ударные нагрузки по сравнению с традиционными решениями. Особое внимание в исследовании уделено методике параметрического анализа и оптимизации конструкции. Применение метода конечных элементов в программном комплексе ANSYS Maxwell позволило выявить ключевые конструктивные параметры, оказывающие наибольшее влияние на рабочие характеристики устройства. Для построения точной математической модели использован алгоритм машинного обучения на основе полиномиальной регрессии с регуляризацией, обеспечивший высокую точность прогнозирования. Важной частью исследования стала многоцелевая оптимизация конструкции с использованием алгоритма теории игр. Этот подход позволил эффективно решить задачу одновременного увеличения полезной работы исполнительного элемента при минимальном увеличении массы устройства. Результаты оптимизации подтверждены комплексным моделированием динамики работы устройства в среде MATLAB Simulink. Проведенные расчеты и симуляции продемонстрировали приемлемые эксплуатационные характеристики разработанного устройства. Полученные результаты имеют практическое значение для космической отрасли, открывая возможности замены традиционных пиротехнических систем на более надежные и безопасные электромагнитные аналоги.
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
Метод обеспечения высокой точности формы рефлекторов зеркальных антенн космических аппаратов
Статья
В статье выполнен анализ требований, которым должны удовлетворять зеркальные антенны космических аппаратов, предназначенные для передачи высочастотных радиосигналов. Эти требования касаются прочности и жесткости конструкции, свойств материала рефлектора антенны и качества его поверхности. Отмечается, что с увеличением частоты радиосигнала возрастают требования к точности формы рефлектора. Вместе с тем существующие конструкции антенн и технологии их изготовления не позволяют обеспечить эти требования. В статье предложен оригинальный метод управления формой рефлектора зеркальной антенны, применение которого позволит создавать конструкции с высокой точностью поверхности. Этот метод предполагает, что требуемая точность формы рефлектора может быть достигнута за счет упругого деформирования его оболочки. Разработана конструкция регулировочных узлов для разного типа рефлекторов. Предложен алгоритм выбора количества узлов регулировки и мест их расположения. Этот алгоритм использует результаты конечно-элементного модального анализа оболочки рефлектора. Разработаны оригинальные конструкции осесимметричного и офсетного рефлекторов, форма оболочки которых может создаваться за счет управляемого деформирования. Предложена конструкция оболочки рефлектора со шпангоутом с расположенными на нем узлами регулирования. Такая конструкция позволяет существенно сократить количество узлов регулировки. Разработан проект рефлектора со шпангоутом и консольными спицами, обладающего малой массой и высокой жесткостью. Предложенный в статье метод обеспечения высокой точности рефлектора может найти применение при изготовлении конструкций новых космических антенн, работающих в высочастотных диапазонах.
Бесплатно
Метод определения координат источника радиосигнала в системах спутниковой связи
Статья
Телекоммуникации глубоко проникли во все сферы деятельности человека. В связи с применением цифровых технологий стало возможным в одном потоке (не раздельно) передавать и принимать информацию различного рода. Для обеспечения передачи данных из любой точки земного шара в другую точку с использованием искусственных спутников Земли достаточно трех геостационарных спутников. Системы передачи данных с использованием искусственных спутников Земли должны содержать как минимум две земные станции и ретранслятор коммуникационного искусственного спутника Земли. В аппаратуре земной станции нет средств борьбы с любыми типами искусственных помех. Постановщик помехи (нелегитимный пользователь) может излучать сигнал из любой точки пространства в пределах телекоммуникационной спутниковой системы. В работе приведен анализ существующих методов определения координат источника радиосигнала, описан метод определения координат источника радиосигнала (нелегитимного пользователя) в системах спутниковых телекоммуникаций с использованием геостационарного космического аппарата. В основе разработки рассматривалась трехпозиционная виртуальная антенная решетка, позиции которой определяли основание неправильного тетраэдра, а сам источник радиосигнала являлся его вершиной. В ходе решения были составлены канонические уравнения прямых в пространстве, в точке пересечения которых находится источник радиосигнала. Координатами источника радиосигнала явились корни системы уравнений при нахождении единичных векторов, лежащих на этих прямых.
Бесплатно
Статья научная
В работе рассмотрены вопросы исследования и разработки нового метода оценки отношения сигнал/шум на основе статистических характеристик выбросов случайных процессов, применяемого для оценки точности получаемой информации, повышения помехоустойчивости, а также для оптимизации оборудования командно-измерительной системы спутниковой связи.
Бесплатно
Статья научная
В работе исследованы различные структурные схемы надежности системы управления малым космическим аппаратом. Разработана методика определения оптимальной схемы.
Бесплатно
Статья научная
Рассмотрена оценка механических и динамических характеристик космического аппарата (КА) методом трехмерного динамического моделирования. Для этого использован программный комплекс MSC.Software MD Adams. Полученная оценка может быть использована для решения большого круга задач как в ракетно-космической отрасли, так и в смежных с ней областях.
Бесплатно
Статья
Проведенные исследования возможностей создания лунной навигационно-связной системы выявили особенности освещенности Солнцем окололунных орбит: ежегодное прохождение орбит через продолжительный цикл длительностью около 55 суток, содержащих теневые участки орбиты от Луны и паузу до 185 суток с возможными наложениями на эти циклы полутеневых и теневых участков орбиты от Земли. При этом полутеневая и теневая зоны от Земли в районе Луны имеют существенные различия по размерам и могут накрывать всю орбитальную группировку лунной навигационно-связной системы. В результате возникает задача расчета энергоресурсов окололунного спутника для прохождения теневых зон большой длительности и поддержания теплового режима космических аппаратов на период прохождения теневых участков орбиты от Земли. Проведено моделирование энергобаланса космического аппарата для различных режимов его работы при прохождении теневых зон большой длительности: штатный, дежурный и режим хранения. Предлагается использовать жалюзи для регулирования теплового излучения с радиаторов космического аппарата при прохождении теневых участков орбиты в рассматриваемых режимах. Для снижения затрат массы космического аппарата рекомендуется переводить его в режим хранения, при котором уменьшается энергопотребление в сравнении с дежурным режимом. Эффективность предлагаемой схемы прохождения теневых зон космических аппаратов лунной навигационно-связной системы оценена для трех типоразмеров космического аппарата по критерию минимума суммы затрат массы на увеличение энергоемкости аккумуляторной батареи и установку жалюзи.
Бесплатно
Статья
Рассматривается методика оценки малых допустимых значений параметров аэродинамической и инерционной асимметрии неуправляемого космического зонда в разреженных слоях атмосферы Марса. Представлена искомая оценка в виде области параметров асимметрии. Предполагается, что при спуске в марсианской атмосфере пространственный угол атаки космического зонда принимает малые значения. В данной работе определяется диапазон приемлемых величин переменных асимметрии космического зонда, обеспечивающий нерезонансный неуправляемый спуск в атмосфере Марса. При этом рассчитываются максимальные значения как малой аэродинамической, так и малой инерционной асимметрии космического зонда, под которым резонансные значения не достигаются угловой скоростью. Предложен алгоритм установления диапазона допустимых величин переменных асимметрии космического зонда, гарантирующий движение без резонанса в марсианской атмосфере. Результаты вычислительного моделирования подтверждают достоверность установленных с помощью представленного алгоритма ограничений, наложенных на диапазон допустимых величин переменных аэродинамической и инерционной асимметрий.
Бесплатно
Статья
Спецификой работы бортовой аппаратуры командно-измерительной системы является необходимость приема команд управления космическим аппаратом от наземной станции при произвольном положении космического аппарата. Для решения данной проблемы на космическом аппарате используются две приемные антенны, сигналы с которых объединяются в блоке сумматора-разветвителя и поступают одновременно на все радиоприемные устройства бортовой аппаратуры командно-измерительной системы. В связи с тем, что радиосигналы с разных антенн объединяются без учета фазы, возможно появление ситуации их взаимной компенсации, при которой суммарный сигнал имеет амплитуду, близкую к нулю, и радиосигнал от наземной станции фактически не поступает на вход приемного устройства, что приводит к неисполнению команды. Настоящая статья посвящена решению данной проблемы, для чего предполагается отдельная обработка радиосигналов с двух антенн в каждом комплекте приемника и проведение их сложения с учетом фазы каждого сигнала. Для реализации данной обработки предложена новая структурная схема антенно-фидерного устройства командно-измерительной системы космического аппарата и новая структурная схема приемного устройства, разработан новый алгоритм работы приемника бортовой аппаратуры командно-измерительной системы. Работа алгоритма для решения поставленной задачи проверена в среде программирования Python.
Бесплатно
