Перспективы повышения ресурсных характеристик электромеханического исполнительного органа космического аппарата

В настоящее время в системах ориентации и стабилизации космических аппаратов широко применяются электромеханические исполнительные органы (ЭМИО). Электромеханический исполнительный орган обладает высокой точностью ориентации и не требует для своего функционирования рабочего тела. Рассмотрены современные электромеханические исполнительные органы систем ориентации космических аппаратов отечественного и зарубежного производства и приведены их основные характеристики. По итогам обзора выявлено, что электромеханические исполнительные органы как отечественного, так и зарубежного производства выполнены примерно по одной схеме, а именно, на основе двигателей-маховиков на шарикоподшипниковых опорах, и их технические и ресурсные характеристики сопоставимы. В настоящее время в космической отрасли наблюдаются две четко выраженные тенденции: тенденция к повышению массогабаритных характеристик космических аппаратов, вызванная увеличением объема целевой аппаратуры, и тенденция роста срока активного существования космических аппаратов. Повышение массогабаритных характеристик космического аппарата (КА) приводит к тому, что возникает необходимость увеличения управляющего момента электромеханического исполнительного органа. Управляющий момент может быть повышен путем увеличения массы или габаритов электромеханического исполнительного органа или путем повышения скорости вращения двигателя-маховика, входящего в его состав. Исходя из специфики космической техники, а именно, из-за ограничения её массогабаритных характеристик, наиболее целесообразным способом повышения управляющего момента ЭМИО является повышение скорости вращения его двигателя-маховика. Срок активного существования (САС) космического аппарата может быть увеличен за счет увеличения срока функционирования комплектующих изделий и узлов космического аппарата, в том числе и электромеханического исполнительного органа, и за счет резервирования наиболее критичных узлов КА. Предпочтительным при этом является повышение САС за счет увеличения срока активного существования комплектующих КА. Проведен краткий анализ возможных причин выхода из строя существующих электромеханических исполнительных органов при эксплуатации при повышении скорости вращения двигателя-маховика и определена наиболее вероятная причина выхода из строя - разрушение шарикоподшипниковой опоры электромеханического исполнительного органа из-за перегрузок, действующих на неё. Рассмотрены вопросы надежности и долговечности шарикоподшипниковой опоры, проблемы определения указанных характеристик шарикоподшипника. Рассмотрен возможный способ модификации данной опоры. Определены основные факторы, ограничивающие применение шарикоподшипниковой опоры в электромеханических исполнительных органах. Приведена классификация существующих опор электромеханических исполнительных органов и способов бесконтактной подвески тел, применяемых в современной технике. Проведен сравнительный анализ газовых и магнитных опор. Рассмотрены преимущества и недостатки газовых опор. Рассмотрены магнитные опоры различных типов, проведен их сравнительный анализ, определена практическая возможность их применения с удовлетворительными массогабаритными характеристиками. Поставлена задача создания пассивной магнитной опоры на основе высококоэрцитивных постоянных магнитов.