Оценка надежности спутниковой аппаратуры дистанционного мониторинга водной поверхности
Автор: А.Д. Губарев, И.Л. Ящук, Я.В. Хилинская
Журнал: Космические аппараты и технологии.
Рубрика: Космическое приборостроение
Статья в выпуске: 4, 2021 года.
Бесплатный доступ
Работа посвящена исследованию надежности и эффективности космической системы дистанционного мониторинга водной поверхности. Анализ существующих способов мониторинга показал высокий потенциал применения наноспутников для решения поставленной задачи. В качестве объекта исследования был выбран 3U CubeSat с размещенной на борту полезной нагрузкой в виде гиперспектральной камеры. Для оценки надежности системы применен расчет по интенсивностям отказов подсистем. Структурная и параметрическая надежность изделия были исследованы в программном комплексе Windchill Risk and Reliability с учетом циклограммы работы и специфики процесса деградации отдельных компонентов, обусловленного влиянием агрессивной космической среды. Для оценки эффективности применения наноспутника проанализирована зависимость точности определения загрязнения водоема от работоспособности фотоприемного устройства, так как фотоприемное устройство является центральным звеном в передаче оптической информации. Также получена вероятность эффективного измерения спектральных коэффициентов яркости за весь срок службы изделия. Выявлено минимально необходимое количество работоспособных пикселей для мониторинга водоема с достаточной точностью и достоверностью.
Наноспутник, CubeSat, дистанционный мониторинг, системный анализ, параметрическая надежность, точность измерений.
Короткий адрес: https://sciup.org/14121461
IDR: 14121461 | УДК: 531.133.3 | DOI: 10.26732/j.st.2021.4.08
The reliability evaluation of the water surface remote monitoring satellite equipment
The work is devoted to the reliability and effectiveness of the water surface remote monitoring space system. Analysis of existing monitoring methods has shown a high potential for using nanosatellites to solve the problem. As an object of study, 3U CubeSat was chosen with a payload placed on board in the form of a hyperspectral camera. To assess the reliability of the system, a mathematical model on the failure rates of subsystems is proposed. The structural and parametric reliability of the object was investigated in the Windchill Risk and Reliability software complex, taking into account the cyclogram of work and the specifics of the degradation process of individual components due to the influence of an aggressive space environment. To assess the effectiveness of the nanosatellite application, the dependence of the accuracy of determining water pollution on the operability of the photodetector was analyzed, since the photodetector is the central link in the transmission of optical information. The effective measurement of brightness spectral coefficients over the entire service life of nanosatellite is also obtained. Minimum required number of operable pixels was identified for monitoring the water surface with sufficient accuracy and reliability.
Список литературы Оценка надежности спутниковой аппаратуры дистанционного мониторинга водной поверхности
- United Nations World Water Development Report 4. vol. 1: Managing Water under Uncertainty and Risk. UN-Water, 2012.
- Щербина Г. А. Макет многощелевой космической гиперспектральной камеры дистанционного зондирования природных аквасистем : дисс. … канд. техн. наук: 05.11.13. М., 2018. 153 с.
- Schott J. R. Remote Sensing: The Image Chain Approach : 2nd edition. New York : Oxford University Press, 2007.
- Кронберг П. Дистанционное изучение Земли: основы и методы дистанционных исследований в геологии : пер. с нем. М. : Мир, 1988. 343 с.
- Методические рекомендации по применению аэрокосмических методов для диагностики трубопроводных геотехнических систем и мониторинга окружающей среды. М., 1995. 55 с.
- van Hazendonk C. M. Calibration of a Hyper Spectral Imager. Eindhoven University of Technology, 2019.
- Crosby K., Best F., Mast J., Peterson I., Swedish M., Munson J. Conceptual Design Review: Canopy Near-infrared Observing Project. Carthage College Space Sciences and the Wisconsin Space Grant Consortium, 2016.
- Klinkrad H., Beltrami P., Hauptmann S., Martin C., Sdunnus H., Stokes H., Walker R., Wilkinson J. The ESA space debris mitigation handbook 2002 // Advances in Space Research. 2004. vol. 34. issue 5. pp. 1251–1259.
- NASA STD-8719.14A. Process for limiting orbital debris (change 1), 2012.
- Боровиков С. М., Цырельчук И. Н., Троян Ф. Д. Расчет показателей надежности радиоэлектронных средств : учеб.-метод. пособие. Минск : БГУИР, 2010. 68 с.
- Справочник «Надежность ЭРИ». М. : МО РФ, 2006.
- Решение совместного заседания секции № 4 НТС Федерального космического агентства и Космических войск «Проблемные вопросы создания перспективных космических комплексов, обеспечения надежности и длительности цикла их функционирования и развития соответствующих технологий» от 18 октября 2007. М., 2007. С. 2–3.
- Шеннон К. Работы по теории информации и кибернетике. М. : Издательство иностранной литературы, 1963.
