Разработка и исследование интегрированного датчика ориентации космического аппарата

• Автор: Бессонов, Роман Валерьевич
• Шифр специальности: 01.04.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2008
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 161 с. : ил.

Основные используемые сокращения
1 Анализ функциональных возможностей измерительных приборов систем ориентации космических аппаратов
1.1 Назначение и состав измерительного комплекса системы ориентации
космических аппаратов
1.2 Обзор современной гироскопии
1.3 История развития и современное состояние приборов звездной ориентации
1.4 Сравнительный анализ звездных координаторов, солнечных датчиков и
датчиков горизонта
1.5 Особенности функционирования систем ориентации, измерительный
комплекс которых основан на звездном координаторе и гироскопе
2 Анализ точностных и динамических характеристик звездных координаторов
2.1 Основные направления развития звездных координаторов
2.2 Системы координат
2.3 Общее устройство прибора
2.4 Выбор основных параметров прибора
2.5 Точность определения направления на звезду
2.6 Расчет параметров ориентации
2.7 Сравнение теоретических расчетов и экспериментальных данных
3 Методики и средства исследования характеристик датчиков угловых скоростей в составе интегрированного прибора ПО
3.1 Анализ ошибок дискретизации при счислении угла по показаниям датчиков
угловой скорости
3.2 Обзор и исследование поворотных платформ
3.3 Трехосный поворотный стенд и его калибровка
3.4 Математическая модель датчиков угловой скорости и экспериментальное
определение сс параметров •
3.5 Методика определения направления осей чувствительности датчиков угловой
скорости в системе координат инерциального модуля или интегрированного прибора

4 Алгоритм функционирования интегрированного прибора
4.1 Режимы функционирования звездного координатора
4.2 Калибровка параметров модели датчиков угловой скорости
4.3 Определение вращательного движения КА по показаниям звездного
координатора и датчиков угловой скорости
4.4 Ошибки интегрирования кинематических уравнений
4.5 Алгоритм функционирования прибора и его аппаратная реализация
Заключение
Список литературы

Основные используемые сокращения
ВВМ - бортовая вычислительная машина БОКЗ - блок определения координат звезд ВОГ - волоконно-оптический гироскоп ДГ - датчик горизонта
ДНГ - динамически настраиваемый гироскоп
ДУС - датчик угловой скорости
ЗК - звездный координатор
ИКИ - Институт космических исследований
КА - космический аппарат
КЛГ - кольцевой лазерный гироскоп
КМОП - комплементарная структура построения микоэлектронных схем на основе метал-окисел-полупроводник
МЭМС - микроэлектромеханические системы
ММГ - микромеханичеекий гироскоп
МКС - международная космическая станция
НО - начальная ориентация
ОФО - отдел физических исследований
ПГ - поплавковый гироскоп
ПЗС - прибор с зарядовой связью
СД - солнечный датчик
СК - система координат
ТВ Г - твердотельно-волновой гироскоп
ЭСГ - электростатический гироскоп
СКО - среднее квадратическое отклонение
ТО - текущая ориентация

поле зрения прибора Солнца. Время засветки во многом определяется динамикой КА и его орбитой. Так, высокоорбитальные КА связи обычно двигаются вблизи плоскости эклиптики (см. рис. 1.28) и не осуществляют маневров [42]. На таких КА при их ориентации в надир возможно такое расположение звездных координаторов, при котором их поля зрения никогда не будут засвечены Солнцем. Плоскости орбит низкоорбитальных КА могут иметь большие углы наклонения. Кроме того, такие КА (большая часть из которых КА ДЭЗ) могут совершать маневры на значительные углы. Таким образом, в общем случае, на низкоорбитальных КА в принципе невозможно расположить звездный координатор так, чтобы он не был засвечен Солнцем. Однако на низких орбитах угловая скорость при ориентации КА в надир составляет около 0,07 град/с, т.е. время засветки не превышает 15 мин.
Такой ориентировочный расчет подтверждается практикой эксплуатации звездных приборов на КА “Космос-2410”, “Космос-2420” и “Ресурс-ДК”. На рис. 1.29 представлена траектория КА, при которой произошла засветка прибора БОКЗ-М. Длительность нештатной ситуации в данном примере составляет 15 мин. Опыт эксплуатации приборов БОКЗ на геостационарных КА “Ямал” показывает, что действительно при ориентации КА в надир засветка звездных координаторов Солнцем, Землей или Луной не наступает на протяжении всего годичного цикла.
Рис. 1.29. Траектория КА при засветке звездного координатора Солнцем
Однако для высоких орбит характерно накопление на них космического мусора, присутствие которого периодически регистрируется приборами БОКЗ на КА “Ямал”. Пример частицы искусственного происхождения, попавшей в поле зрения звездного координатора, показан на рис. 1.30. Такие частицы могут быть причиной возникновения нештатных ситуаций на высоких орбитах.