1 Назначение системы

Назначение системы ориентации и стабилизации (СОиС) рассматривается для двух типовых участков функционирования КА: перелет на орбиту функционирования (к исследуемой планете) и орбитальное движение.

Перечень типовых операций, выполняемых СОиС на участке перелета:

-гашение остаточных скоростей при разделении с разгонным блоком;

-поиск Солнца и успокоение;

-поддержание дежурной ориентации заданной оси на Солнце;

-построение базовой трехосной ориентации;

-трехосную ориентацию и стабилизацию КА относительно программного положения;

-перенацеливание КА в программное положение;

-стабилизацию КА относительно заданного программного положения во время коррекции орбиты.

На участке орбитального движения СОиС должна обеспечивать трехосную ориентацию и стабилизацию КА относительно заданного программного положения. Решение данной задачи позволяет выполнить коррекцию орбиты и разгрузку исполнительных органов, входящих в состав СОиС.

2 Состав системы

Типовой состав СОиС, осуществляющий коррекцию, программные развороты, трехосную ориентацию и стабилизацию КА, включает:

-гироскопический прибор (ГП);

-звездный датчик (ЗД);

-приборы ориентации на Солнце (ПОС) и на Землю (ПОЗ);

-двигатели-маховики (ДМ);

-блоки управления двигателями-маховиками (БУДМ), распределения питания и коммутации (БРПК) и усиления мощности (БУМ).

Также в состав системы ориентации и стабилизации функционально входит программное обеспечение (ПО) СОиС.

2.1 Гироскопический прибор

ГП представляет собой инерциальный прибор и предназначен для измерения и выдачи приращений интегралов от проекций угловых скоростей спутника на оси чувствительности прибора. Широкое применение в настоящее время нашли КГП с чувствительными элементами на базе динамически настраиваемых гироскопов.

Новое поколение инерциальных приборов – это приборы на базе волоконно-оптических гироскопов (ВОГ) – приборы будущего широкого применения, способные решать основные задачи СУОиС. В РФ (ЦНИИмаш) созданы базовые образцы нового семейства таких приборов: малогабаритная система МБИНС-98, высоконадежная система ВБИНС-2000, блок датчиков угловых скоростей БДУС-99, блок жестко установленных акселерометров ЖАКС-99.

Принцип действия волоконно-оптического гироскопа представлен на рисунке.

Принцип действия волоконно-оптического гироскопа

Данные системы предназначены для измерения угловой скорости МКА относительно связанных осей и выдачи сигналов в СУОиС, а также в БВС КА.

В состав систем входят:

-три волоконно-оптических гироскопа, оси чувствительности которых расположены ортогонально;

- акселерометры (для некоторых систем);

-блок электроники, состоящий из источника питания, блока обработки выходного интерфейса с информационным и телеметрическими выходами.

Отличительными признаками данных систем являются:

-применение датчиков, изготовленных по твердотельной волоконно-оптической и кварцевой технологий; высокое значение ресурса (свыше 10 тысяч часов), а, в случае необходимости, до 50…100 тысяч часов;

-функциональная готовность – единицы секунд; неограниченное число включений без ограничения времени между соседними включениями;

-практически постоянное энергопотребление на всех режимах работы;

-завершенность системы, включающей в свой состав датчики, электронные блоки, специальный вычислитель (СВ), вторичные источники питания (ВИП) с базовым интерфейсом.

Основные технические характеристики приборов КГП (принятые обозначения: ГР – гироскопы, АКС – акселерометры, СВ - спецвычислитель, ВИП - вторичный источник питания) приведены в таблице.

Характеристика	Тип прибора
	МБИНС-98	БДУС-99	ЖАКС-99	ВБИНС-2000
Масса, кг	0.8	0.5	0.25	3
Энергопотребление (U=27 В), Вт	8	6	3	20
Точность	1 - 10	0,01-0,001	0,01-0,001 %	0.05-0,1
Состав	3 ГР,3АКС, СВ, ВИП	3 ГР, СВ, ВИП	3 АКС, СВ, ВИП	6 ГР, 6 АКС, 2 СВ, 2 ВИП

Акселерометры измеряют линейные ускорения, а точнее - кажущееся ускорение. Принцип измерения - электрические сигналы пропорциональны ускорению.

Акселерометры различаются принципом работы, массово-габаритными характеристиками, диапазоном измерения, порогом чувствительности и др.

Классификация акселерометров по:

-зависимости между измеряемым ускорением и выходным сигналом (линейные, релейные и др.);

-перемещению инерционной массы (линейные, маятниковые);

-способу подвеса инерционной массы (пружинный, механический, гидравлический, комбинированный).

Наибольшее применение нашли маятниковые акселерометры кварцевого типа. Они имеют одну ось чувствительности. Состав маятникового акселерометра:

-чувствительный элемент – маятник с подвесом из кварцевой пластиныж

-магнитно-электрический датчик момента (его катушка закреплена на маятнике);

-датчик угла ( в основном, емкостного типа, его обкладка закреплена на маятнике).

Принцип работы. При движении акселерометра с ускорением инерционный момент, действующий на маятник, парируется системой обратной связи (датчик угла, датчик момента и усилитель); информационный сигнал – ток в обмотке датчика момента.