Основа КА Лекции Пузин

БОРТОВАЯ АППАРАТУРА НАБЛЮДЕНИЯ ЗЕМНОЙ ПОВЕРХНОСТИ

На детальность наблюдения большое влияние оказывают условия съемки: угол Солнца над местным горизонтом, освещенность, яркость и контраст объекта наблюдения, а также технические характеристики сквозного тракта аппаратуры наблюдения и передачи видеоинформации. Для анализа детальности в первом приближении используются только математические модели, полученные на основе законов геометрической оптики.

Схема определения условий На схеме обозначены: Н – высота полета КА, наблюдения объекта съемки В – ширина полосы захвата ОЭА, f – фокус

ОЭА, L – дальность до объекта съемки; γ, ϑ – угла разворота по крену и тангажу;

μ – угол отклонения от надира; С, С`- положение без учета кривизны поверхности и с ее учетом; ℓ - длина линейки ПЗС, Rз – средний радиус Земли.

Ширина полосы захвата с учетом разворота на углы γ, ϑ равна: В= b˖H˖Cosϑ˖(1+ tg2γ + tg2ϑ) / f, Дальность до объекта наблюдения равна:

L = (Rз + H)˖Cosμ ± [(Rз + H)2˖Cos2μ – H(Rз + H)]-0,5, где Cos2μ = 1- (tg2γ + tg2ϑ)/(1+ tg2γ + tg2ϑ).

20

БОРТОВАЯ АППАРАТУРА НАБЛЮДЕНИЯ ЗЕМНОЙ ПОВЕРХНОСТИ

На основании приведенных соотношений, показатель максимальной величины детальности ∆Lм, при отклонении оптической оси аппаратуры наблюдения на углы крен и тангаж, с учетом размеров пары элементов разрешения ∆ℓ линейки ПЗС равен: ∆Lм = 2˖∆ℓэ˖H˖Cosϑ˖(1+ tg2γ + tg2ϑ) / f .

В реальных условиях на качество снимка влияет много факторов, как внешних, так и внутренних. С учетом внешних и внутренних факторов величина детальности изображения ∆L, полученного средствами ОЭА, равна:

∆L = n˖∆ℓэ˖H˖Cosϑ˖f-1˖(1+tg2γ+tg2ϑ)˖kосв˖kярк˖kреф˖kтур˖kдым˖kобл˖kэкс˖kсдвkабер˖kфон× ×kфпу˖kпер. Здесь учтены следующие наиболее значимые факторы:

-освещенность объекта съемки (kосв);

-яркость и контрастность (kярк) объекта съемки (лес, вода, поле и т.п.)

-атмосферная рефракция (kреф);

-турбулентность атмосферы (kтур);

-воздушная дымка (kдым);

-степень облачности в баллах (kобл),

-качество бортовой съемочной аппаратуры: аберрация оптической системы (kабер), фокусировка (kфок), характеристики фотоприемных устройств (kофпу);

-время экспонирования (kэкс);

-сдвиг изображения в процессе проведения съемки (kосдв);

-характеристики тракта преобразования и передачи видеоинформации на Землю

БОРТОВАЯ АППАРАТУРА НАБЛЮДЕНИЯ ЗЕМНОЙ ПОВЕРХНОСТИ

Расчет значений приведенных коэффициентов можно производить на основе по- строения соответствующих математических моделей или с помощью обработки статистических данных по реальным снимкам с учетом условий съемки.

На начальных этапах проектирования значения рассмотренных коэффициентов не всегда известны. Потому считают, что съемка происходит в нормальных условиях применения, а влияние различных факторов учитывают с помощью введения в расчетные формулы детальности некоторого общего коэффициента, который учитывает степень влияния каждого отдельного фактора, влияющего на формирование изображения. Его на начальных этапах проектирования (для нормальных условий применения) можно принять 2,0.

Обосновать значение общего коэффициента можно с помощью следующего методического подхода. С помощью численных расчетов можно показать, что если учитывать только выше представленные факторы, и если принять значения этих коэффициентов, например, по 1,07 (ухудшение по каждому фактору на 7%), то ухудшение детальность составит 2,10 от потенциально максимально возможной.

Таким образом, на начальных этапах проектирования оценивать величину детальности изображения можно по выше приведенной формуле расчета ∆Lм, при этом полагая, что реальное значение будет больше (хуже).

22

КОСМИЧЕСКИЕ АППАРАТЫ НАБЛЮДЕНИЯ ЗЕМНОЙ ПОВЕРХНОСТИ

Антенные устройства высокоскоростной радиолинии КА предназначены для передачи видеоинформацию на наземные пункты приема информации (НППИ).

Конструкция антенн может быть неподвижная и подвижная относительно корпуса КА. Если антенна неподвижна относительно корпуса КА, то необходимо либо ориентировать антенну ВРЛ на НППИ или на спутник - ретранслятор, или обеспечить возможность так называемого электронного сканирования диаграммы направленности антенны.

Наибольшее распространение получили антенные устройства, имеющие подвижный отражатель в форме части параболоида вращения (тарелки). Вращение параболической

антенны осуществляется относительно двух осей, перпендикулярных друг другу, с помощью специальных двигателей. Благодаря этому антенна имеет широкий диапазон направлений передачи информации. Практически этот диапазон находится в пространстве, ограниченном плоскостью, в которой установлено основание устройства высокоскоростной радиолинии.

Высокочастотный сигнал передается к параболической антенне по специальным волноводам коробчатого типа. Для обеспечения поворота волноводов вместе с тарелкой антенны в конструкции антенного устройства предусмотрены специальные шарнирные узлы волноводов. Такая сложная конструкция волноводов обусловлена тем, что переменный ток высокой частоты «течет» вблизи поверхности проводника.

24

КОСМИЧЕСКИЕ АППАРАТЫ НАБЛЮДЕНИЯ ЗЕМНОЙ ПОВЕРХНОСТИ

Топливо, заключенное в специальные мешки, вытесняется из баков и через клапаны 8 и 9 поступает по магистралям 10 и 11, а также через открытые главные клапаны окислителя и горючего 12 и 13 в камеру сгорания 14, где воспламеняется. При закрытии клапанов 12 и 13 двигатель перестает работать.

К двигателям системы управления топливо поступает по магистралям 15, 16 и 17. Если включены клапаны 18, то топливо поступает в управляющие двигатели 19 и они начинают работать. При закрытии клапанов 18 управляющие двигатели выключаются.

Конструкция комплексной двигательной установки Схема компоновки КДУ на борту КА

Основные требования к КДУ: - КДУ должна быть компактной, ее

размеры должны быть согласованы с размерами агрегатного отсека КА; - конструкция КДУ должна иметь малую массу (основную массу

заправленной КДУ должно составлять топливо);

- компоненты топлива должны быть стабильными при длительном сроке активного существования КА (этому требованию отвечает, например, топливо несимметричный диметилгид- разин и азотный тетраксид);

26

КОСМИЧЕСКИЕ АППАРАТЫ НАБЛЮДЕНИЯ ЗЕМНОЙ ПОВЕРХНОСТИ

- КДУ должна быть выполнена единым модулем, установка КДУ на космический аппарат должна производиться без разборки элементов КДУ.

Основным силовым элементом комплексной двигательной установки является тонкостенная оболочка конической формы. В этой оболочке выполнены вырезы для установки и крепления топливных баков. Баки закреплены на поверхности этой оболочки в специальных вырезах со шпангоутами.

Маршевый двигатель установлен внутри цилиндрической оболочки, которая располагается в центре конической оболочки между баками. Нагрузка от работающего двигателя передается через эту цилиндрическую оболочку на коническую оболочку и далее, через шпангоут, на корпус КА. Цилиндрическая оболочка, кроме того, играет роль теплового экрана, предохраняя баки с топливом от перегрева.

Топливо размещается в четырех сферических баках (в двух баках окислитель и в двух баках - горючее). Четыре бака выбраны потому, что в этом случае можно обеспечить более плотную компоновку по сравнению с двумя баками. Кроме того, такая схема более надежна по критерию разгерметизации бака или при отказах элементов автоматики.

Запасы газа наддува располагаются в шар-баллонах высокого давления (200 и более атмосфер), которые также закреплены на конической оболочке.

Управляющие двигатели установлены на баках и закрыты корпусами.

Двигатели ориентации ориентированы таким образом, чтобы обеспечить их работу по углам тангажа, крена и рыскания, исключив попадание горячей струи газов двигателей на элементы комплексной двигательной установки и другие элементы космического аппарата.

27

КОСМИЧЕСКИЕ АППАРАТЫ НАБЛЮДЕНИЯ ЗЕМНОЙ ПОВЕРХНОСТИ

Система электропитания КА

Система электропитания (СЭП) предназначена для обеспечения электро- энергией КА на всех этапах его эксплуатации. В космических аппаратах высокодетального и оперативного наблюдения с длительным сроком активного существования чаще всего в качестве источника электроэнергии используется солнечное излучение, а в качестве преобразователей электроэнергии - фото- электрические преобразователи.

Электрическая схема системы электропитания КА

На схеме используются следующие обозначения:

БФ – батарея фотоэлектрическая; ЗУ – зарядное устройство; РУ – разрядное устройство;

СН – стабилизатор напряжения; АБ – аккумуляторные батареи. Показатели мощности на входе и выходе каждого элемента обозначены литерой P с

соответствующими названиям элементов индексами.

При прохождении тока через какое-либо устройство теряется некоторое

28

КОСМИЧЕСКИЕ АППАРАТЫ НАБЛЮДЕНИЯ ЗЕМНОЙ ПОВЕРХНОСТИ

количество мощности. Эти потери характеризуются соответствующими коэффициентами полезного действия этих устройств.

Основными проектными характеристиками системы электропитания КА являются:

-среднесуточная и максимальная мощность;

-среднее напряжение (как правило, 27 В);

-максимальный ток потребления бортовых средств КА;

-изменение характеристик системы электропитания в процессе срока активного существования,

-характеристики комплекса автоматики и стабилизации. Конструктивно в состав системы электропитания КА ДЗЗ входят:

-солнечная батарея (с фотоэлектрическими преобразователями);

-аккумуляторные батареи (АБ);

-комплекс автоматики и стабилизации (включающий зарядное устройство, разрядное устройство и стабилизатор напряжения).

Солнечные батареи (СБ) КА ДЗЗ размещаются на корпусе КА. Конструктивно панели СБ представляют собой раму с сеткой, на которой закрепляются пластины полупроводниковых фотоэлектрических преобразователей. Удельная масса панелей солнечной батареи современных КА наблюдения составляет примерно 1,6 кг/м2.

29