Статьи журнала - Космические аппараты и технологии
Все статьи: 322
Определение категории устойчивости для распределенных автоматизированных систем управления
Статья
В настоящее время космические системы и средства стали одним из основных инструментов обеспечения боевой и повседневной деятельности вооруженных сил развитых государств мира. В современных условиях космические системы встают в ряд стратегических компонент, устойчивость функционирования которых критична для сохранения военно-стратегического равновесия. Анализ конфликтов последних десятилетий показал тенденцию к смещению противоборства в космическую сферу и киберпространство. Космические системы и средства позволяют существенно повысить боевые возможности войск, а государство, не обладающее возможностью использования средств вооруженной борьбы, размещенных в воздушно-космической сфере, или допустившее просчеты в политике развития и использования своих космических систем и средств, будет обречено на гарантированное поражение в будущих военных конфликтах. Обороноспособность и безопасность Российской Федерации непосредственно зависят от состояния и возможностей средств стратегического предупреждения о подготовке к агрессии, начале ракетно-ядерного нападения, а также качества всестороннего обеспечения космическими силами и средствами армии и флота в мирное и военное время. В связи с этим появилась необходимость осуществить корректировку содержания категории устойчивости функционирования распределенных автоматизированных систем управления.
Бесплатно
Статья научная
Критические напряжения находятся из условий минимума потенциальной энергии системы с использованием уравнения Эйлера вариационной задачи. Получены конечные формулы для случаев осевого и внецентренного сжатия. Приведен порядок расчета. Показано, что расчетные и экспериментальные данные для опорных кронштейнов ракеты-носителя «Космос-3М» дают хорошие совпадения.
Бесплатно
Определение остаточного ресурса анизогридной конструкции из полимерного композиционного материала
Статья научная
Рассматривается способ определения остаточного ресурса несущей способности конического адаптера для космического аппарата с использованием кинетической концепции прочности. Адаптер представляет собой сетчатую коническую конструкцию, полученную методом намотки с использованием высокомодульных угольных волокон и полимерной матрицы ЭХД-МД. Результаты экспериментальной проверки длительной прочности показывают эффективность применения кинетической концепции прочности.
Бесплатно
Статья
Измерение характеристик движения космического аппарата является важнейшей задачей для обеспечения функционирования любой спутниковой системы. На основании полученных координат и составляющих вектора скорости производится определение орбиты космического аппарата и прогнозирование его движения, необходимое для организации сеансов управления и связи. Однако, по причине неполной детерминированности орбиты из-за влияния гравитационных аномалий, сопротивления среды и других возмущающих сил, это прогнозирование нуждается в постоянном уточнении. Определение траекторных параметров космических аппаратов традиционно осуществляется с использованием измерительных каналов радиотехнических систем с активным ответом, совмещенных с каналами передачи телеметрической и командной информации, с помощью средств наземного комплекса управления с привлечением специализированных командно-измерительных систем, комплексов и баллистического центра. Также известны способы траекторных измерений космического аппарата с применением глобальных навигационных спутниковых систем, что предполагает наличие на борту аппаратуры приема навигационных сигналов. Вместе с тем для существующих и перспективных космических систем различного назначения все более актуальным становится расширение областей автономного функционирования. В статье рассмотрен способ определения скорости движения негеостационарного космического аппарата с многолучевой антенной системой без использования наземных измерительных средств. Проведена оценка погрешностей вектора скорости для метода непосредственного измерения радиальных скоростей объекта. Предложены меры по повышению точности определения скорости движения космического аппарата с использованием информации о местонахождении абонента.
Бесплатно
Оптимальное раскрытие спиц крупногабаритного трансформируемого рефлектора по иерархии критериев
Статья
В статье рассматривается процесс управления угловым движением спицы крупногабаритного рефлектора космического базирования с учетом изгибных колебаний. В настоящее время антенны больших размеров активно используются для приема и передачи данных. При выводе больших конструкций в космос возникает задача надежного разведения спиц, так как они уложены в малый объем для возможности установки их в ракете-носителе. Ввиду возможности возникновения различных нештатных ситуаций, таких как заклинивание элементов, зацепление сетеполотна, необходимо выполнять повторное раскрытие антенны. Поэтому важно разработать алгоритмы управления, позволяющие надежно решать задачи прямого и реверсивного движения. В процессе раскрытия и сведения элементов рефлектора появляются различные деформации в конструкции. При сведении спиц антенны поперечные колебания вносят наибольший вклад в колебательный характер переходного процесса. В настоящее время для раскрытия крупногабаритных рефлекторов применяются упруго-деформированные элементы, также используется программа управления. Это не позволяет корректировать управление при изменении условий раскрытия. В работе исследована возможность минимизации колебаний конструкции при ее раскрытии за счет применения алгоритмов оптимального управления в режиме реального времени. Прямое и реверсивное движение элементов антенны производится посредством оптимизации по иерархии из двух критериев. Приведены результаты численного моделирования оптимального поворота спицы рефлектора. Предложенный алгоритм позволяет выбирать оптимальное управление в нештатных ситуациях для различных типов крупногабаритных рефлекторов.
Бесплатно
Оптимальный прием навигационных сигналов
Статья научная
Рассматриваются недостатки существующих алгоритмов обработки навигационных сигналов. Представлены варианты решения описанных недостатков на основе Фурье и Вейвлет-преобразований. Также озвучены преимущества предложенных алгоритмов.
Бесплатно
Статья
Работа посвящена исследованию технологической надежности установки селективного лазерного сплавления компонентов космической техники, которая непосредственно связана с качеством и, в первую очередь, с точностью выпускаемых деталей. Анализ существующих способов изготовления деталей для аэрокосмической отрасли показал высокий потенциал применения таких установок. В качестве объекта исследования была выбрана известная установка селективного лазерного сплавления с типовой рабочей камерой спекания сложнопрофильных изделий высокой точности. Для подробной оценки надежности установки использован параметрический подход с применением специализированного программного модуля. Рассмотрена циклограмма работы комплекса и аргументирована специфика достижения основных выходных параметров предельных значений, которая обусловлена влиянием повышенных температур. Также получен комплексный коэффициент технической готовности установки селективного лазерного сплавления для изготовления компонентов космической техники, который можно охарактеризовать как вероятность того, что система окажется в работоспособном состоянии в произвольный момент времени помимо планируемых периодов, в течение которых применение объекта по назначению не предусматривается. Проверено время восстановления установки селективного лазерного сплавления и рассчитана наработка до отказа. В конечном итоге можно констатировать, что коэффициент технической готовности удовлетворяет высоким стандартам космического производства.
Бесплатно
Оптимизация коэффициента размытости ядра в задаче непараметрической идентификации
Статья
Исследуется проблема моделирования дискретно-непрерывных процессов. Рассматривается достаточно общая схема исследуемого процесса, включающая в себя не только входные-выходные переменные, но и промежуточные. Кратко анализируется вопрос идентификации в «узком» и «широком» смысле. Приводится рекуррентный алгоритм оценки параметров адаптивных моделей, основанной на методе стохастических аппроксимаций. При построении модели объекта при помощи ядерных оценок важным параметром является вектор коэффициентов размытости ядра. От выбранного вектора коэффициента размытости напрямую зависит качество построенной модели. Данный коэффициент определяет степень участия элементов выборки в оценке. Исходя из большого влияния вектора коэффициента размытости ядра на качество построенной модели у исследователей часто возникает задача оптимизации данного вектора. В статье рассмотрены алгоритмы оптимизации вектора коэффициентов размытости ядра. Рассмотрены следующие алгоритмы оптимизации: метод перебора, метод деформируемого многогранника и генетический алгоритм. В качестве критерия оптимизации была выбрана среднеквадратичная ошибка построенной модели, которая вычислялась при помощи скользящего экзамена. Представлена таблица, в которой отображена точность построенной модели после оптимизации вектора коэффициентов размытости ядра (для каждого входного воздействия), а также после оптимизации одного общего коэффициента размытости ядра, который назначается для всех входных переменных.
Бесплатно
Статья
При разработке унифицированного многоканального интерфейсного модуля контроля температур для измерительных приборов, строящимся по магистрально-модульному принципу на базе центрального приборного модуля и используемых на космических аппаратах различного назначения, первостепенной задачей является оптимизазация его структуры, позволяющей обеспечить контроль температуры на элементах конструкции космических аппаратов в различных диапазонах измерения и с различными требованиями по точности и стабильности измерения. Статья посвящена анализу общих требований к структуре многоканального интерфейсного модуля контроля температур, в котором измерительные каналы могут иметь различные технические характеристики, и выбору вариантов схем измерения сопротивлений термопреобразователей, обеспечивающих устранение систематической составляющей погрешности измерения. Показано, что в структуре унифицированного многоканального интерфейсного модуля контроля температур должна быть многоканальная схема измерения, образующая несколько измерительных каналов с различными техническими характеристиками, работающими на общий канал аналого-цифрового преобразования. Для согласования измерительных каналов, имеющих различные входные сопротивления и работающих в различных диапазонах измерения, с общим каналом аналого-цифрового преобразования необходимо использовать управляемый нормирующий усилитель. Для исключения систематической составляющей погрешности измерения необходимо использовать трех- или четырехпроводные варианты схем измерения термопреобразователей сопротивления, позволяющие производить автокомпенсацию погрешности измерения, вносимую сопротивлениями проводов линий связи измерительных кабелей, и автокалибровку погрешности измерения, вносимую измерительными каналами. Для компенсации нелинейной составляющей погрешности измерения, вносимой термопреобразователями сопротивления, необходимо на основе кусочно-линейной аппроксимации их номинальных статических характеристик разбить рабочие диапазоны измерения на поддиапазоны и осуществлять автокалиброву погрешности измерения в каждом поддиапазоне отдельно.
Бесплатно
Статья
Рассматривается комбинированная схема перелета, в рамках которой ракета-носитель Falcon 9 выводит космический аппарат на эллиптическую промежуточную орбиту с космодрома на мысе Канаверал. В процессе проведения анализа задачи фиксируется значение высоты перигея и наклонение промежуточной орбиты, а высота апогея промежуточной орбиты варьируется. После отделения от последней ступени ракеты-носителя космический аппарат осуществляет перелет на геостационарную орбиту с использованием электроракетной двигательной установки. На этапе выведения космического аппарата с промежуточной орбиты на геостационарную орбиту с использованием электроракетной двигательной установки рассматривается задача минимизации массы рабочего топлива многовиткового межорбитального перелета. Число витков и высота апогея промежуточной орбиты варьируются с целью анализа влияния этих параметров на длительность перелета и доставляемую массу космического аппарата на геостационарную орбиту. Основной целью данной работы является вычисление оптимальных значений высоты апогея промежуточной орбиты и оптимальных значений числа витков, обеспечивающих за заданное время delta(t)* доставку максимальной массы космического аппарата на геостационарную орбиту. Для решения задачи оптимизации применяется принцип максимума Понтрягина. После применения принципа максимума задача оптимизации сводится к решению краевой задачи, которая решается методом продолжения по параметру. В работе приводятся результаты задачи оптимизации многовиткового межорбитального перелета и анализ энергетических характеристик комбинированной схемы выведения космического аппарата на геостационарную орбиту.
Бесплатно
Статья
Переход к производству космических аппаратов нового поколения требует значительного совершенствования методов и средств наземной экспериментальной отработки, повышения точности испытательного оборудования. Одним из базовых и наиболее сложных элементов испытательного оборудования, применяемого при комплексных термовакуумных испытаниях космических аппаратов, является имитатор солнечного излучения. В настоящее время перспективным направлением считается построение имитаторов солнечного излучения на основе высокоэффективных светодиодов, имеющих значительные преимущества перед традиционными источниками. В числе основных задач при создании светодиодного имитатора солнечного излучения, адаптированного для наземной отработки космических аппаратов, находится разработка высокоэффективной и, в то же время, компактной оптической системы, суммирующей с минимальными потерями излучение множества отдельных светодиодов светодиодной матрицы по спектру, углу и площади в однородное световое поле. В статье проанализированы результаты математического моделирования светового источника светодиодного имитатора солнечного излучения на примере нескольких моделей с различным числом светодиодов, как без оптических элементов, так и с различными первичными оптическими элементами. Из результатов следует, что светодиодный имитатор солнечного излучения обязательно должен иметь, как минимум, первичную оптическую систему. Определено влияние количества, типа и размера первичных оптических элементов в матрице на характеристики светового потока. Совместное применение первичной и вторичной оптических систем приводит к дальнейшему повышению световых характеристик светодиодного имитатора солнечного излучения, но ценой некоторого снижения общей эффективности. В целом характеристики смоделированного светового источника соответствуют или вплотную приближаются к требуемым, что говорит о принципиальной возможности создания имитатора солнечного излучения на основе светодиодных источников для наземной отработки космических аппаратов.
Бесплатно
Оптические свойства и радиационная стойкость полипропилена, модифицированного наночастицами MgO
Статья
Полимерные композиционные материалы широко используются в космических аппаратах и станциях в терморегулирующих покрытиях, в качестве герметиков, уплотнений, теплоизоляции, а также во многих других конструкциях и изделиях. Основной характеристикой таких материалов является стабильность свойств и рабочих характеристик к действию факторов космического пространства, среди которых основными повреждающими являются различные виды излучений. Поэтому актуальными являются исследования влияния потоков электронов, протонов, квантов солнечного спектра на изменение оптических, электрических, механических и других свойств полимерных композиционных материалов. В данной работе представлены результаты исследования оптических свойств и радиационной стойкости нанокомпозитов на основе полипропилена, модифицированного твердотельным способом наночастицами MgO в диапазоне концентраций 1–5 масс.%. Регистрацию спектров диффузного отражения осуществляли в вакууме 2·10-6 торр до и после облучения электронами (in situ, Е = 30 кэВ, Ф = 2·1016 см-2). Выполнен анализ природы полос поглощения, зарегистрированных в спектрах диффузного отражения, которые обусловлены образованием свободных радикалов: – С3Н5 –, – С3Н6 –, – C4H6 –, – C4H7 –, – C4H8–, – C4H12 –, – C5H7 –, – C5H10 –. Установлено оптимальное значение концентрации наночастиц, равное 2 масс.%, при которой площадь интегральной полосы поглощения при 360 нм после облучения уменьшилась в 3,35 раза, ее интенсивность в максимуме – в 3,88 раза по сравнению с немодифицированным полипропиленом.
Бесплатно
Опыт применения имитационной модели демонтажа графитовой кладки реактора АМБ-100 Белоярской АЭС
Статья научная
Изложен опыт практического применения имитационного моделирования при отработке технологии демонтажа графитовой кладки реактора первого блока Белоярской АЭС.
Бесплатно
Организация кластера высокой готовности
Статья
Одним из способов обеспечения надежности системы обработки и хранения данных, ежесекундного обеспечения пользователей оперативной и достоверной информацией является кластеризация серверных систем, за счет которой поддерживается ее высокий уровень. В статье рассмотрено построение кластера высокой готовности. Для повышения отказоустойчивости используются несколько серверов, подключенных через несколько коммутаторов. В серверах предусматривается несколько сетевых интерфейсов с использованием технологии bonding и RAID-массив. Серверы и коммутаторы подключаются к источникам бесперебойного питания, которые тоже резервируются. Приведены программные пакеты и их конфигурационные файлы, необходимые для функционирования кластера: bond, drbd, pacemaker, corosync. Дано описание конфигурации pacemaker и ресурс агентов: виртуальный IP-адрес – для того, чтобы у кластера был единый адрес, drbd – для зеркалирования RAID-массивов, programmControl – для управления приложениями, wakeUp – для управления включением и выключением серверов. В результате был спроектирован кластер высокой готовности, у которого, помимо серверной части, резервируется сеть и память. При переходе от одного сервера к другому обслуживание клиентов сервером прерывается на очень короткое время.
Бесплатно
Статья
Развитие малых космических аппаратов требует решения ряда новых научно-технических проблем. Представлены основные направления исследований и разработок Балтийского государственного технического университета «ВОЕНМЕХ» им. Д. Ф. Устинова по решению задач создания малых космических аппаратов, развертывания и поддержания орбитальных группировок малых космических аппаратов, управления орбитальными группировками. Представлены отдельные результаты этих работ, в частности, аванпроект малого космического разгонного блока с инновационным двухкомпонентным газовым ракетным двигателем на кислороде и водороде, эксплуатируемого совместно с ракетой-носителем сверхлегкого класса. Малый космический разгонный блок решает задачи межорбитальной транспортировки малых космических аппаратов. Он не имеет аналогов в отечественной ракетно-космической технике. Представлены варианты баллистически связанных групп малых космических аппаратов, способные обеспечить формирование на орбитах устойчивой квазистационарной распределенной апертуры с целью повышения эффективности космических систем связи и дистанционного зондирования Земли. Представлена разработка инновационного исполнительного механизма – двухосная поворотная платформа на основе пьезоэлектрических приводов. Данное устройство существенно превосходит традиционные электромеханические устройства на основе электроприводов по массе, габаритам, динамическим характеристикам и другим параметрам. Рассмотрены варианты применения данной поворотной платформы в составе служебных и целевых систем малых космических аппаратов. Показано, как это может обеспечить существенное повышение тактико-технических характеристик малых космических аппаратов.
Бесплатно
Статья научная
Представлено текущее состояние дел в области управления автономными мобильными роботами. Рассмотрена возможность использования принципов интерпретирующей навигации для повышения автономности мобильных роботов.
Бесплатно
Особенности анализа динамических нагрузок привода вращения механизмов космического аппарата
Статья
Рассматривается исполнительный прецизионный универсальный мехатронный модуль, позволяющий совершать высокоточное вращательное движение выходного кинематического звена. Универсальный мехатронный модуль предназначен для создания кинематики мехатронных систем наведения и позиционирования объектов авиационно-космической техники. Ключевыми особенностями исполнительного прецизионного универсального мехатронного модуля являются высокая точность позиционирования, малые масса и габаритные размеры. Цель работы – создание конечно-элементной модели и проведение анализа динамических нагрузок для оценки стойкости конструкции к внешним вибрационным нагрузкам. В первом разделе описывается создание конечно-элементной модели с учетом радиальной и осевой жесткости опорных элементов конструкции. Во втором разделе описано выполнение статического анализа для создания преднагруженного состояния и проведение динамического анализа. Исследовано влияние синусоидальной и случайной вибраций, определены собственные частоты конструкции универсального мехатронного модуля.
Бесплатно
Особенности инновационных процессов по критическим технологиям наукоемких производств
Статья научная
Рассмотрены возможности использования приоритетных космических технологий для развития инновационных процессов при производстве космических аппаратов и их агрегатов.
Бесплатно
Особенности комплектующих систем терморегулирования космических аппаратов
Статья
Основными показателями качества космических аппаратов являются их надёжность и срок активного существования на орбите, и существенную роль в этом играет их температурный режим. Одна из основных задач системы терморегулирования заключается в обеспечении заданного теплового режима, при котором обеспечивается стабильная работа всех систем внутри объёма космического аппарата. Это требует применения специальных агрегатов – насосов, подающих по заданному контуру теплоноситель, вентиляторов и других, регулирующих сбор, передачу и перераспределение тепла. Как к системе терморегулирования в целом, так и ко всем составляющим её агрегатам, предъявляются высокие требования, в том числе по массогабаритным характеристикам, гарантированному сроку службы, ресурсу и надёжности. Предложен параметр совершенства комплектующих системы терморегулирования. Показаны основные этапы проектирования, разработки и экспериментальной отработки агрегатов космических аппаратов. Подробно рассмотрены принципы работы и состав систем терморегулирования, основные параметры и устройство составляющих их агрегатов ? различных типов нагнетателей жидкости и малорасходных вентиляторов газа малой мощности, обеспечивающих заданные малые величины расходов и напоров с высокой надёжностью в пределах установленного срока непрерывной работы, в том числе с применением резервирования. В результате совершенствования системы терморегулирования, наряду с совершенствованием других систем жизнеобеспечения, срок активного существования спутников к настоящему времени достигает 15 лет.
Бесплатно
Статья
Важным этапом при разработке интерфейсных модулей контроля температур для измерительных приборов, реализуемых по магистрально-модульному принципу построения на базе центрального приборного модуля и используемых в составе измерительной системы на космических аппаратах различного назначения, является обеспечение их помехоустойчивой работы при воздействии на измерительную систему совокупности различных видов помех, которые определяют электромагнитную обстановку на космическом аппарате. Статья посвящена анализу характеристик воздействующих на измерительную систему различных видов помех, выявлению путей их проникновения в интерфейсный модуль контроля температур и определению влияния характеристик этих помех на выбор мер по обеспечению требуемой помехоустойчивости интерфейсного модуля контроля температур в составе измерительного прибора. Показано, что пути проникновения помех в интерфейсный модуль контроля температур зависят от частотных и временных характеристик действующих на измерительную систему помех. Меры по ослаблению этих помех необходимо определять после оценки опасности их проникновения в интерфейсный модуль контроля температур по каждому пути отдельно во всем частотном диапазоне их воздействия. По результатам таких оценок следует определять комплекс обоснованных мер по обеспечению помехоустойчивости интерфейсного модуля контроля температур в составе измерительного прибора, реализуемых в совокупности на уровнях проектирования измерительной системы, измерительного прибора и интерфейсного модуля контроля температур.
Бесплатно
