Оптико-электронные приборы астроориентации и навигации космических аппаратов. Учебное пособие

Практика космических полетов выявила наиболее оптимальные комбинации приборов, ставшие уже классическими. Так, на низколетящих ИСЗ с небольшим сроком активного существования (САС) используют ИКПМВ в сочетании с гироскопическим прибором, позволяющим судить о направлении по курсу – углу рысканья.

ПримежпланетныхперелетахиполетахИСЗнавысокихорбитахобычно для построения опорной СК используются ОЭП астроориентации и навигации, указывающие направления на Солнце и звезду Канопус. Эта звезда выбирается не столько из-за своей яркости, сколько потому, что угол между направлениями на Солнце и на нее близок к 90°, а это позволяет упростить вычисления и в итоге получать более простые и точные алгоритмы управления процессом ориентации.

Существуют, конечно, и другие комбинации приборов, удобные для решениятехилииныхспецифическихзадач,однакодлярешенияполногокомплекса задач ориентации и навигации КА альтернативы ОЭП астроориентации и навигации не существует.

Не существует физических принципов, которые могли бы использоваться в СУД КА вместо принципа, основанного на регистрации электромагнитного излучения астроориентировдлярешения большинства задачнавигации и ориентации.

Дажесейчас,когдасуществуютИСЗ,навигациякоторыхосуществляется с помощью глобальных навигационных систем ГЛОНАСС и GPS, первичной информацией для их ориентации является информация, полученная ОЭП астроориентации и навигации спутников систем ГЛОНАСС и GPS, передающих навигационный сигнал [4, 13, 14, 29, 30, 35, 38, 39].

Глава 5 Общие сведения о КА и требования, предъявляемые к ним.

Условная классификация систем, применяемых на КА

Классификациякосмическихприборов(КП)во многомобусловленаклассификацией систем, входящих в КА, которые,в свою очередь, можно классифицироватьпоихназначению.Этот классификационный признаквбольшинстве случаев оказывается определяющим при отнесении КП к тем или иным бортовым системам КА.

Соответственно классификация КА обусловлена областью их применения (т. е. назначением), теми целевыми задачами, для решения которых и созданы конкретные КА. Классификация КА по назначению представлена в таблице 1.

Таблица 1

Примерная классификация КА по назначению

При этом КА, помимо представленных в таблице 1, могут решать и решаютмножестводругихважнейших задачи могут использоватьсяв народно- хозяйственных,научно-исследовательскихивоенныхцелях.Например,втаб- лице 2 представлены основные виды целевых задач, решаемых спутниками ДЗЗ в интересах народного хозяйства и науки.

Измерение концентрации в атмосфере малых газовых компо- нент

Землепользование

Лесное хозяйство

Определение характеристик снежного покрова

Окончание таблицы 2

При этом функционально КА разделяются на два основных блока:

–обеспечивающий блок (блок служебных (обеспечивающих) систем);

– целевой блок (блок полезных нагрузок).

Вобеспечивающийблоквходятбортовыесистемы,гарантирующиефункционирование КА в период его САС и создающие необходимые условия для работы целевой аппаратуры (полезной нагрузки).

При этом одна из систем часто может входить в состав другой системы, например система исполнительных органов (СИО) входит в СУД КА и т. д. (см. табл. 3).

В блок полезных нагрузок входят системы, предназначенные для выполнения целевой задачи КА. В частности, специальная оригинальная аппаратура, предназначенная для решения задач, представленных в таблицах 1 и 2, или других задач.

Современные КА создаются, как правило, по модульной схеме, например: модуль системы управления (СУ), модуль системы терморегулирования (СТ), модуль системы энергопитания (СЭП).

Модульное построение конструкции КА позволяет:

– сократить сроки разработки КА;

– гибконаращивать нужные потребителюфункции. Например,можно увеличить энерговооруженность КА, установив два модуля системы СЭП и т. д.

26 Глава 5. Общие сведения о КА и требования, предъявляемые к ним

Конструктивно КА делится на отсеки:

– приборные;

– агрегатные;

– специальные.

Приборные отсеки предназначены для размещения обеспечивающих (служебных) систем КА и, в зависимости от конструктивных особенностей размещаемой в них аппаратуры,могут быть герметичными или негерметичными.

В герметичных отсеках поддерживаются заданные термобарические параметрыатмосферы.Какправило,электрическиеирадиоэлектронныеблокиразмещаютсявгерметичныхотсеках,так какприихработеиспользуютсядиэлектрические свойства газа, заполняющего отсек. Этот газ является теплоносителем, который участвует в поддержании расчетного теплового режима.

Приборныеотсеки заполняются,какправило,азотомдля сниженияопасности пожара в том числе.

Агрегатные отсеки предназначены для размещения ДУ, элементов СТ, СЭП и других служебных систем.

Специальные отсеки выделяются для размещения полезной нагрузки – целевой аппаратуры. В специальных отсеках часто требуется поддержание особо стабильных термобарических режимов.

В таблице 3 представлены основные обеспечивающие (служебные) системы КА.

Таблица 3

Основные обеспечивающие (служебные) системы КА

Окончание таблицы 3

Таким образом, КП удобно классифицировать по принадлежности к системам КА, в состав которых они входят. Например, ИКПМВ является элементом СУД КА, где является датчиком углов отклонения от направления на местную вертикаль по направлениям крена и тангажа.

Таким образом, ОЭП астроориентации и навигации по классификации являются элементами бортовой СУД КА.

В ряде источников встречается словосочетание «система ориентации КА» – СО КА. Речь, как правило, идет о функциональной части СУД, которая обычно не выделена конструктивно. Говоря о работе СО, следует понимать,чторечь,какправило,идеттолькоосоответствующихрежимахработы

28 Глава 5. Общие сведения о КА и требования, предъявляемые к ним

СУД. Вместе с тем в состав КА могут входить устройства, реализующие режим пассивной ориентации и не входящие в состав автоматической СУД. Эти устройства, предназначенные для ориентации КА и которые не используют накопленные на борту КА энергетические ресурсы, можно рассматривать как пассивную систему.

Назначением СУД КА является выполнение в течение всего САС задач, представленных в таблице 4.

Таблица 4

Задачи, решаемые СУД КА в течение САС

8 Ориентация поворотных СБ на Солнце

Требования, предъявляемые к космическим приборам (КП), во многом определяютсятребованиями,предъявляемымикКАвцелом,таккаккаждый из них является составной частью (СЧ) КА.

Общие требования, предъявляемые к конструкции КА и не зависящие от его типа, представлены в таблице 5.

Требования, сформулированные в таблице 5, распространяются на все входящие в состав КА системы и на входящие в них приборы, в том числе и на ОЭП астроориентации и навигации [3, 6, 9, 12, 16, 17].

Глава 5. Общие сведения о КА и требования, предъявляемые к ним Таблица295

Общие требования, предъявляемые к конструкции КА

Конструкция КА должна обеспечивать заданное значение его це- левой эффективности при минимальной стоимости изготовления и эксплуатации. Стоимость КА складывается из стоимости составляющих этапов изготовления и эксплуатации, которые можно представить (укрупненно) в следующем виде:

– разработка технической документации на КА; К экономическим – подготовка производства;

показателям – наземная экспериментальная отработка;

– изготовление КА;

– разработка и изготовление обеспечивающих систем;

– разработка и изготовление целевой аппаратуры;

–обслуживание натехническоми стартовомкомплексах (ТК и СК);

– изготовление, подготовка и запуск РН;

– обеспечение управления полетом КА

КпроизводственноКонструкция КА должна предусматривать применение прогрес- технологическому сивных, экономичных и ресурсосберегающих технологических

комплексу процессов