Авиационная и ракетно-космическая техника. Рубрика в журнале - Сибирский аэрокосмический журнал
Статья научная
Обсуждаются процедуры определения условных вероятностей безотказной работы, условных плотностей вероятностей отказов и правомерность их использования в математических моделях надежности агрегатов авиационных систем.
Бесплатно
Статья научная
В настоящее время динамично расширяется сфера применения электрореактивных двигательных систем для коррекции орбиты и управления положением космических аппаратов. Это вызвано их высокой экономичностью по сравнению с системами на базе жидкостных реактивных двигателей. Основными элементами электрореактивных систем являются плазменные или ионные двигатели. Для электропитания таких двигателей применяются сложные энергопреобразующие электронные приборы - системы преобразования и управления (СПУ). Такие приборы должны длительно (до 15 лет и более) работать в условиях глубокого вакуума и при этом вырабатывать достаточно высокие ускоряющие напряжения - от 300 В и выше. В составе приборов СПУ применяются различные электрорадиоизделия (ЭРИ), преимущественно в корпусном исполнении. Как правило, технология их изготовления такова, что внутри корпуса изначально находится воздух или азот при атмосферном давлении. Однако в процессе эксплуатации прибора вследствие неабсолютной герметичности корпусов ЭРИ давление внутри них снижается. В условиях приложения повышенных напряжений это может приводить к возникновению электрических пробоев между токоведущими частями внутри элементов, выходу их из строя с последующим отказом функциональных блоков прибора. В статье рассматриваются физические принципы возникновения пробоя в подкорпусном пространстве электрорадиоизделий. Приведены результаты измерения негерметичности некоторых типов высоковольтных ЭРИ. Дается оценка динамики спада давления до опасной с точки зрения пробоя зоны и длительности нахождения в ней. Показано, что длительность нахождения в опасной зоне по давлению может быть сопоставимой со сроком службы космического аппарата. Данное обстоятельство может затруднить применение корпусных газонаполненных ЭРИ в составе приборов, предназначенных для работы в негерметичных отсеках космических аппаратов. Сформулированы рекомендации по выбору конструкции электрорадиоизделий с рабочим напряжением порядка 300 В и более, а также схемных решений при разработке высоковольтного оборудования, предназначенного для работы в вакууме. (Русскоязычная версия представлена по адресу https://vestnik.sibsau.ru/articles/?id=677)
Бесплатно
Статья обзорная
Рассмотрен традиционный подход к решению задачи надежности систем с позиций удовлетворения условиям использования теоремы умножения вероятностей, ординарности и стационарности потока отказов агрегатов и систем. Предложен альтернативный подход к решению задачи надежности
Бесплатно
Статья научная
Перезаряжаемые накопители энергии являются одними из основных компонентов систем электропитания космических аппаратов. Характеристики таких накопителей существенно влияют на продолжительность жизненного цикла космического аппарата на орбите. В последние годы разработчики систем электропитания широко применяют литий-ионные аккумуляторы в качестве перезаряжаемых накопителей энергии. Это обусловлено тем, что удельные энергетические характеристики литий-ионных аккумуляторов заметно выше, чем у аккумуляторов других типов при аналогичном количестве циклов заряда-разряда. Для верификации заданных для аккумулятора требований изготовитель батареи проводит ряд квалификационных испытаний, в частности, специально разработанные ресурсные испытания, которые позволяют оценить предельное количество циклов заряда-разряда аккумулятора. Проведение таких испытаний занимает несколько месяцев (точный срок зависит от конкретной модели аккумулятора), что отрицательно сказывается на общей длительности и стоимости разработки космического аппарата в целом. Проведение ресурсных испытаний по принципам проведения динамических стрессовых тестов даёт возможность существенно сократить общее время разработки и производства аккумуляторных батарей, что, в свою очередь, позволяет снизить стоимость проектирования и отработки энергосистем космических аппаратов. Динамические стрессовые тесты представляют собой вид нагрузочных испытаний, которые позволяют оценить, способен ли аккумулятор обеспечить потребителя требуемой мощностью во всех ожидаемых режимах работы. Основные принципы динамических стрессовых тестов: заряд и разряд аккумулятора токами большой величины и разряд аккумулятора постоянной мощностью согласно специальной программе. Проведение стрессовых испытаний требует наличия специальных зарядно-разрядных устройств, позволяющих проводить полный цикл электрических испытаний аккумуляторов, включая ресурсные испытания. Обеспечение требуемой точности измерения и стабилизации определённых атрибутов режимов эксплуатации литий-ионных аккумуляторов является одной из проблем, которые возникают при разработке таких зарядно-разрядных устройств. Наибольший интерес представляют следующие атрибуты: токи заряда и разряда, мощности разряда, напряжения аккумулятора. Анализ зарядно-разрядного устройства как системы автоматического управления даёт возможность оценить статическую ошибку стабилизации рассматриваемых атрибутов разрабатываемого устройства. Кроме того, использование цифрового интегратора в системе управления зарядно-разрядного устройства позволяет обеспечить заданную величину статической погрешности стабилизации требуемых атрибутов в различных режимах испытаний.
Бесплатно
О точности определения надежности систем статистическими методами
Статья научная
В работе исследуются точности оценок надежности систем с учетом вероятностного характера формирования состава их элементов. Показана необходимость учета рассеяния характеристик надежности элементов, определенных по результатам их испытаний, и рассеяния этих характеристик при их формировании в системы, оцениваемых теоремами Чебышева и Маркова.
Бесплатно
Об альтернативном методе отработки динамической прочности конструкции малого космического аппарата
Статья научная
В данной статье представлен анализ возможности применения альтернативного метода отработки на механические воздействия конструкции малого космического аппарата дистанционного зондирования Земли, имеющего изделие-аналог, прошедший полный цикл наземной экспериментальной отработки. Однако, несмотря на схожую силовую схему и максимальное заимствование бортовой аппаратуры с минимальными доработками, планируемый к отработке космический аппарат имеет ряд существенных отличий. Рассмотрено применение основных альтернативных методов в зарубежной и отечественной практике при наземной экспериментальной отработке космической техники, описаны их преимущества и недостатки. Приведены некоторые рекомендации принятия решений об отказе от применения традиционных методов наземной экспериментальной отработки космической техники на механические воздействия. Анализ принятой в отечественной отрасли нормативно-технической документации в части уточнения перечня отработочных испытаний космических аппаратов, допущений применения расчетно-экспериментального метода к отработке динамической (вибрационной) прочности и анализ конструкции планируемого к отработке космического аппарата в сравнении с изделием-аналогом показал, что наиболее предпочтительным для отработки динамической (вибрационной) прочности является метод «протоквалификации». В соответствии с выбранным методом были определены задачи, которые позволят уточнить перечень отработочных испытаний объекта исследования.
Бесплатно
Об отечественной системе космического мониторинга чрезвычайных ситуаций
Статья научная
Рассмотрена проблема создания отечественной системы космического мониторинга чрезвычайных ситуаций с акцентом на основные ее вопросы: актуальность, требуемые ресурсы, потенциал реализации.
Бесплатно
Статья научная
Надежность работы кольцевых токосъемных устройств в течение заданного срока службы играет определяющую роль в работе систем электропитания различной техники и во многом зависит от прочности и надежности всех его компонентов, в частности, контактных колец. Одной из важнейших характеристик кольцевых токосъемных устройств является сопротивление контакта, уменьшение которого осуществляют путем применения цветных и драгоценных материалов, обладающих низким сопротивлением, с одновременным увеличением прижимной силы между кольцами токосъемника. Такой подход приводит к резкому росту напряжений в контактном кольце, которые могут достигать и даже превышать предел текучести материала, циклически изменяясь по кольцу в процессе вращения кольца с последующим усталостным разрушением. Однако работоспособность контактных колец в таких тяжелых условиях вполне можно обеспечить в случае малых скоростей движения и небольшого числа циклов нагружения за счет использования области малоцикловой усталости на кривой Веллера. Для этого в данной работе предложены методы аналитического расчета напряженно-деформированного состояния кольца токосъемного устройства, которые позволяют определить уровень действующих напряжений в материале и по кривой Веллера определить допускаемое число циклов нагружения и коэффициент запаса по усталости. Также предложен метод расчета надежности кольца, который позволяет оценивать вероятность безотказной работы и разрушения. По предложенным методикам выполнены расчеты колец токосъемного устройства, применяемого в космических аппаратах типа «Экспресс», которые показали работоспособность методик и позволили обеспечить требуемый срок службы контактных колец и их надежность. Предложенная аналитическая формулировка методик позволяет решать как проверочные, так и проектировочные расчеты колец в зависимости от поставленной задачи.
Бесплатно
Обеспечение конфиденциальности информации в центре управления полетами
Статья научная
Рассмотрен комплекс мер обеспечения конфиденциальности информации, обрабатываемой информационной системой Центра управления полетами.
Бесплатно
Обеспечение теплового режима конструкций космического аппарата
Статья научная
Основное требование для бесперебойной работы космического аппарата - это его стабильный тепловой режим. Особо сложная задача - обеспечение стабильной системы терморегулирования аппарата с учетом жестких ограничений по энергетическим и массовым затратам на устройства терморегулирования. Эти задачи необходимо решать на каждом этапе создания спутников. На каждом этапе проводятся тепловые расчеты с выбором оптимальных теплофизических параметров. Такой объем работ составляет примерно десятую часть от всех работ со спутником. Необходимость теоретическо-экспериментального уточнения расчетных методик является актуальной задачей, которая позволит существенно снизить материальные и временные затраты на проектирование, испытания и доводку аппарата. Поэтому расчет и анализ тепловых режимов космических аппаратов является важным этапом при проектировании спутников. Наземные тепловакуумные испытания очень затратны как по времени, так и финансово. Суть концепции заключается в проведении только стационарных тепловых режимов в условиях максимальных и минимальных тепловых нагрузок на спутник в целом и его отдельные внешние элементы с последующим обеспечением сходимости результатов испытаний с расчетными результатами. А подтверждение промежуточных требований по обеспечению заданных тепловых режимов осуществляют расчетным путем. В статье рассмотрены задачи по обеспечению теплового режима конструкций космического аппарата; классификация устройств, применяемых для обеспечения теплового режима; наземная отработка теплового режима спутников связи при тепловакуумных испытаниях; обеспечение теплового режима космического аппарата связи при наземных электрических испытаниях; тепловой режим конструкций космического аппарата при транспортировании с завода-изготовителя на техническую позицию.
Бесплатно
Статья научная
В системах электропитания космических аппаратов, беспилотных и пилотируемых летательных аппаратов в качестве первичных источников энергии широко используются солнечные батареи. Для энергоснабжения наземных автономных объектов находят применение возобновляемые источники энергии различной природы, позволяющие использовать энергию Солнца, ветра, волн, рек, приливов и т. п. Применение в составе автономной системы электропитания разнородных источников энергии позволяет осуществлять генерацию электрической энергии на интервалах времени, когда отсутствует поступление энергии от части используемых источников. Согласование первичных источников энергии с различными характеристиками и условиями работы в рамках одной системы электропитания приводит к возникновению дополнительных сложностей, связанных с регулированием мощности источников, что и определяет актуальность рассматриваемых задач. Цель исследования: разработка способов объединения первичных источников энергии с различными характеристиками и условиями работы в единую автономную систему электропитания и алгоритмов управления контроллерами этих источников. Задачи: создание имитационной модели системы электропитания в среде MATLAB/Simulink; разработка и проверка алгоритма управления контроллерами первичных источников, обеспечивающего поддержание желаемого тока заряда аккумуляторной батареи системы электропитания; разработка и проверка алгоритмов управления контроллерами первичных источников, обеспечивающих отбор максимальной мощности от каждого из нескольких первичных источников, в том числе и с минимизацией времени поиска точки максимальной мощности. Методы исследования: имитационное моделирование системы электропитания с использованием языка Simulink, входящего в состав программного пакета MATLAB 7.9. Результаты: разработана имитационная модель системы электропитания, включающая два источника энергии с различными характеристиками. При избытке мощности, генерируемой первичным источником энергии, контроллер источника энергии находится в режиме заряда аккумуляторной батареи заданным фиксированным током. При дефиците мощности первичного источника контроллер функционирует в режиме поиска экстремальной мощности. Структура системы электропитания позволяет управлять двумя источниками энергии независимо друг от друга. Таким образом, контроллеры источников энергии могут находиться в различных режимах работы, обеспечивая повышенную гибкость системы электропитания. Использование алгоритма управления на нечеткой логике увеличивает скорость поиска точки максимальной мощности, а также повышает точность работы алгоритма. Проведенные с использованием разработанной модели испытания подтвердили работоспособность алгоритмов управления контроллеров солнечной батареи во всех режимах работы. Подтверждена работоспособность алгоритма выбора режима работы контроллеров в различных условиях. Предложенные алгоритмы позволяют осуществлять эффективное регулирование мощности первичных источников энергии в зависимости от различных условий работы автономной системы электропитания.
Бесплатно
Обзор конструкций современных трансформируемых космических антенн (часть 1)
Статья научная
Представлен обзор конструкций современных трансформируемых космических антенн. Рассмотрены принципы классификации антенн.
Бесплатно
Обзор конструкций современных трансформируемых космических антенн (часть 2)
Статья научная
Представлен обзор конструкций современных трансформируемых космических антенн. Рассмотрены принципы классификации антенн.
Бесплатно
Статья научная
Приведены краткие сведения по истории развития фотоэлектрических преобразователей (ФЭП) (кремние- вых и на основе соединений АIIIBV) и солнечных батарей на их основе для космических аппаратов. Перечислены основные факторы космического пространства и показана эволюция структуры и конструкций. Приведена принципиальная структура современных трехкаскадных InGaP / InGaAs / Ge солнечных элементов с указанием функционального назначения слоёв, их основных характеристик. Объяснен механизм деградации электрических параметров таких фотопреобразователей под действием космической радиации и показана возможность минимизации данного негативного эффекта. Описаны основные методы и особенности технологии изготов- ления трехкаскадных ФЭП. Приведен обзор ФЭП космического назначения на основе соединений АIIIBV основ- ных мировых производителей из США, Германии, Италии, России с иллюстрацией их внешнего вида, описанием особенностей конструкций и основных свойств. Показано, что наиболее распространенным является размер ФЭП с площадью ~ 30 см2. Представлены сведения о созданных трехкаскадных InGaP / InGaAs / Ge ФЭП большой площади (до ~ 60-65 см2). Показан мировой уровень эффективности преобразования солнечной энергии (КПД), достигнутый в промышленном производстве, составляющий 26-30 %. Приведены сведения о ФЭП для преобразования концентрированного солнечного излучения. Показаны основные направления повы- шения характеристик ФЭП на основе соединений АIIIBV.
Бесплатно
Статья научная
Представлен обзор технических решений, предназначенных для использования современных технологий электронного космического приборостроения применительно к разработке бортовых комплексов управления для сверхмалых космических аппаратов типа CubeSat. В качестве перспективных рассмотрены технология «система на кристалле» и сетевая технология Space Wire. Отмечается широкая мировая практика применения и преимущества использования данных технологий. Приводятся конкретные технические решения, использующие данные технологии, анализируется возможность и целесообразность их применения для проектирования бортового комплекса управления сверхмалого космического аппарата, учитывая его критические особенности по размерам, массе, энергопотреблению. Делается вывод о перспективности создания бортового комплекса управления для сверхмалого космического аппарата на основе интеграции в одном кристалле FPGA открытого IP-ядра процессора LEON 3 и маршрутизирующего коммутатора SpaceWire, определяющего сетевую архитектуру сверхмалого космического аппарата.
Бесплатно
Статья научная
При проектировании космических аппаратов (КА) прикладного назначения необходимо определить тип двигательной установки коррекции орбиты. В настоящее время проводятся интенсивные научно-исследовательские и опытно-конструкторские работы (НИР и ОКР) по созданию электрореактивных двигательных установок (ЭРДУ) в широком диапазоне мощностей. Уточняются области рационального применения ЭРДУ в сравнении с другими типами двигательных систем. Эта проблема особенно актуальна для малых КА.
Бесплатно
Объектив камеры сопровождения для спутникового лазерного дальномера оптического диапазона
Статья научная
Рассмотрены варианты расчета комбинированной оптической системы для лазерного спутникового дальномера, включающей расширитель лазерного пучка и объектив камеры сопровождения в оптическом диапазоне. Расширитель лазерного пучка представляет катадиоптрическую систему диаметром 320 мм, имеющую 7-кратное увеличение для длин волн от 400 до 2000 нм дифракционного качества по всему полю зрения без дополнительной перефокусировки. В обратном ходе лучей расширитель играет роль питающей оптики объектива в оптическом диапазоне. Эквивалентное фокусное расстояние объектива равно 1753 мм. Рассмотрены два варианта объектива: с использованием обычных марок стекла и с использованием стекла, имеющего особый ход дисперсии. Приводится анализ изображения точечных источников и распределение световой энергии в пятне рассеяния точечного источника. В предложенной оптической системе используется фокус Куде, позволяющий использовать аппаратуру, установленную стационарно. При расчете оптической системы радиусы кривизны всех сферических поверхностей выбраны из рядов значений, рекомендуемых ГОСТ 1807-75, что удешевляет технологию изготовления.
Бесплатно
Оперативное обновление аэронавигационных баз данных на воздушных судах
Статья научная
Предлагается новая система обновления аэронавигационных баз данных. Цели и задачи создания такой системы сходны с задачами международного проекта внедрения FANS CNS/ATM.
Бесплатно
Статья научная
Разработанный авторами контактный метод управления диаметром вытягиваемого монокристаллического слитка из расплава по способу Чохральского позволяет определить величину коррекции сигнала управления по диаметру в зависимости от изменения высоты столбика мениска кристалла при выращивании конусной части кристалла.
Бесплатно
Статья научная
Ставится задача оценить величину возмущающего момента системы наведения антенн (СНА), действующего на космический аппарат (КА), при проведении экспериментальной отработки. Для этого используется стенд инерционный (СИ), способный создавать реальные инерционные нагрузки. Оцениваются величины возмущающих моментов, создаваемых при движении антенны с постоянной скоростью, а также при наборе и снижении скорости при отработке приближения к целеуказанию. Дается оценка полученному значению возмущающего момента, приведенного к посадочному месту блока механического (БМ) СНА. Оценивается величина возможного углового отклонения КА при воздействии на него возмущающего момента, создаваемого при движении антенны. С учетом требований по точности ориентации антенн и КА «Луч-5» полученные результаты считаются приемлемыми и могут использоваться для оценки влияния на точность ориентации аппарата и ориентацию в пространстве антенны при наведении на наземные пункты, международную космическую станцию, КА, находящиеся на низкой и круговой орбитах.
Бесплатно
