Приборе ориентации по солнцу

Приборы ориентации по звездам и Солнцу

ИКИ РАН имеет значительный опыт в разработке, производстве и эксплуатации на летательных аппаратах приборов астроориентации. Современные съёмочные устройства и алгоритмы обработки информации позволяют обеспечить измерения параметров ориентации с беспрецедентной точностью до долей угловых секунд, с частотой до 10 Гц и более, в сложных условиях наблюдения.

Семейство приборов звездной ориентации БОКЗ

Одним из основных направлений работ ИКИ РАН – создание приборов звездной ориентации для космических аппаратов (КА). На конец 2020 г. в космос выведено более 130 приборов звездной ориентации серии БОКЗ на 55 КА. Суммарная наработка приборов в космосе составляет около 3 млн. часов. Еще около 50 приборов БОКЗ находятся на различных этапах изготовления и отработки КА.

Первые образцы БОКЗ работают в течении 18 лет на МКС. Приборы БОКЗ-М60 используются на БВ «Волга», где они определяют ориентацию, в том числе, на активных участках двигательной установки РН и БВ. На КА «Ресурс-П» благодаря технологии наземной калибровки приборов достигнута величина случайной составляющей погрешности измерений трехосной ориентации менее 0,9 угл.с. в условиях длительного космического полета. В том, числе благодаря измерениям приборов БОКЗ-М60 точность геопривязки данных ДЗЗ на КА «Ресурс-П» доведена до 3,5 м. В последних образцах приборов БОКЗ-ВТ точностные характеристики многократно улучшены и случайная составляющая погрешности достигла величины 0,2 угл.с. Самый малогабаритный прибор МикроБОКЗ обладает массой 350 гр.

Приборы солнечной ориентации

Другим основным направлениям работ ИКИ РАН является создание солнечных датчиков КА. Приборы солнечной ориентации ОСД обладающие точностью измерения 1 угл. минута в основном используются в резервном контуре системы управления КА и позволяют навести солнечные батареи на Солнце. На конец 2017 г в космос выведено более 20 приборов ОСД. ИКИ РАН создан солнечный датчик со случайной составляющей погрешности 3 угл.с. для астрокоррекции высокоточных гироскопов на авиационном носителе.

Внутриатмосферные астрокорректоры

Высокая помехозащищенность космических приборов звездной ориентации позволила использовать их в атмоферных приложениях, где они должны визировать звезды и определять параметры ориентации при поддержке гироскопов на высоте более 8 км (выше облачности), в том числе условиях дневной атмосферы. ИКИ РАН разработано бесплатформенное астровизирующее устройство (АВУ) и способное обеспечивать круглосуточную астрокоррекцию гироскопов с точностью единицы угловых секунд. АВУ в составе астроинерциальной системы прошел летные испытания на Су-27.

Система датчиков гида

Еще одной уникальной работой является создание системы датчиков гида ультрафиолетового телескопа в проекте «Спектр-УФ». Датчики гида расположены в фокальной плоскости телескопа с фокусным расстоянием 18 м, имеют поле зрения 2 угловые минуты и должны определять направления телескопа с точностью 0,001 угл.с.

Источник

Приборе ориентации по солнцу

Приборы ориентации по Солнцу

Щелевые солнечные датчики

ПОС является статическим, двухкоординатным прибором, использующим оригинальный линейный фотоприемник с количеством пикселов равным 1024. Все электронные узлы имеют дублирование.

Для данного датчика разработан алгоритм вычисления центра тяжести, который допускает не только программную реализацию, но также может быть легко реализован аппаратными средствами. Аппаратная реализация алгоритма вычисления координат центра тяжести изображения центра Солнца на заказных интегральных микросхемах позволяет обрабатывать поступающую от фотоприемника информацию в реальном масштабе времени и, таким образом, уменьшить время реакции ПОС на запрос до 6 мс., что выгодно отличает его на фоне существующих аналогов.

Малое время реакции на запрос приводит к уменьшению средней потребляемой мощности. Низкая средняя потребляемая мощность облегчает требования к системе стабилизации температуры посадочного места прибора на космическом аппарате. Малое время реакции на запрос позволяет, при необходимости, более оперативно получать информацию об ориентации и, таким образом, с большей точностью и меньшими временными задержками осуществлять коррекцию положения космического аппарата. Кроме того, аппаратная реализация алгоритма вычисления центра тяжести изображения позволяет отказаться от применения микропроцессорных элементов и элементов памяти, которые являются слабым местом приборов, работающих в космосе при воздействии радиации.

Использование керамических материалов для изготовления корпуса ПОС и корпусных деталей позволяет снизить производственные расходы, а также гарантирует долговременную стабильность формы прибора и, следовательно, стабильность точностных характеристик в течение всего срока эксплуатации.

Использование в ПОС специализированного линейного фото приемника, изготавливаемого по биполярной технологии, а не по технологии приборов с зарядовой связью, является предпосылкой для решения проблемы интеграции на кремниевой пластине всего прибора, с вытекающими отсюда дальнейшим повышением надежности, снижением массы, габаритов и стоимости.

Конструкция ПОС отличается универсальностью и позволяет иметь модификации прибора с полями зрения до ±90° х ±90° для установки на любые космические аппараты.

ПОС, также как и ПОЗ, превосходит ближайшие аналоги по совокупности характеристик: масса, ресурс работы, надежность, стоимость. Стоимость ПОС, равная ориентировочно $60000 при серийном производстве, значительно меньше стоимости существующих аналогов, при равных и некоторых более высоких технических характеристиках. Низкая масса позволит уменьшить затраты по выводу полезной нагрузки на орбиту. Предполагаемая высокая надежность позволит снизить страховые расходы. Заявленный срок эксплуатации позволит обеспечить продолжительное использование КА на орбите и тем самым окупить затраты на его создание и запуск и получать прибыль в течение длительного времени.

Источник

ПРИБОРЫ ОРИЕНТАЦИИ КОСМИЧЕСКИХ АППАРАТОВ ПО СОЛНЦУ НА ОСНОВЕ МАТРИЧНЫХ ПРИЁМНИКОВ ИЗЛУЧЕНИЯ С АКТИВНЫМИ ПИКСЕЛАМИ

© 2017 г. М. Г. Пирогов; В. И. Варламов; Г. Л. Цымбал; Н. М. Стрижова; А. Я. Гебгарт, канд. техн. наук; В. А. Полкунов; А. А. Вецкус

АО «Научно-производственное предприятие «Геофизика-Космос»

Поступила в редакцию 13.06.2017

Рассматриваются приборы ориентации по Солнцу на основе матричных приёмников излучения на активных пикселах: статический высокоточный прибор ориентации по Солнцу 347К и малогабаритный солнечный датчик МСД, разрабатываемый для малых и мини космических аппаратов. Приводятся их основные характеристики, рассматриваются основные функциональные режимы работы. Описаны результаты наземной отработки и лётных испытаний прибора 347К, подтверждающие обеспечение ориентации по двум координатам с суммарной погрешностью 1′.

Ключевые слова: прибор ориентации по Солнцу, видимый диапазон, сверхширокоугольный объектив, матричный приёмник излучения на активных пикселах.

Коды OCIS: 120.0120, 250.0250, 350.6090

1. Федосеев В.И., Колосов М.П. Оптико-электронные приборы ориентации и навигации космических аппаратов. М.: Логос, 2007. 248 с.

2. Черемухин Г.С. Приборы ориентации на Солнце. М.: Техпромиздат, 1998. 342 с.

3. Аванесов Г.А., Никитин А.В., Форш А.А. Оптический солнечный датчик // Известия высших учебных заведений. Приборостроение. 2003. Вып. 4. С. 70–73.

4. Карасев В., Бранец В., Савченко С., Прасолов В., Забиякин А., Бакланов А., Пузырева А. Анализ результатов эксплуатации приборов определения координат Солнца на КА «Ямал-100» и КА «Ямал-200» // Международная конференция — выставка «Малые спутники. Новые технологии. Миниатюризация. Области эффективного применеия в 21-м веке». Май–июнь 2004. Г. Королев моск. обл. Труды, книга III. С. 122–126.

5. Smart sun sensor // www.leonardocompany.com. 2017.

6. Гебгарт А.Я. Особенности проектирования некоторых типов особоширокоугольных объективов // Оптический журнал. 2010. Т. 77. № 9. С. 17–21.

7. Варламов В.И., Гальчинский Д.Н., Гебгарт А.Я., Демешко С.А., Зензинов С.Ю., Колосов М.П., Полкунов В.А., Стрижова Н.М., Цымбал Г.Л. Измеритель угловых координат Солнца. Патент PФ № 155683. 2015.

8. Пирогов М.Г., Варламов В.И., Герасимов С.А., Гордякин В.В., Карелин А.Ю., Князев В.О., Стрижова Н.М., Федосеев В.И., Цымбал Г.Л. Современные приборы астроориентации космических аппаратов разработки акционерного общества «Научно-производственное предприятие «Геофизика-Космос». Оптический журнал. 2017. Т. 84. № 11. С. 4–13.

Источник

Прибор ориентации на Солнце

ПОС предназначен для измерения углов между оптической осью прибора и проекциями вектора направления на Солнце на плоскости системы координат прибора. В качестве примера рассмотрим ПОС разработки НПО “Полет”, состоящим из двух идентичных оптических блоков (ОБ) для формирования требуемого поля обзора. Конструктивно ОБ выполнен в виде икосаэдра, на гранях которого размещены фотопреобразователи, преобразующие лучистую энергию Солнца в однополярное напряжение постоянного тока. См. рисунок.

Прибор ориентации на Солнце (поле зрения — сферическое)

Каждый освещенный фотопреобразователь оптического блока преобразует лучистую энергию Солнца в однополярное напряжение постоянного тока, величина которого монотонно возрастает или уменьшается соответственно с увеличением или уменьшением угла падения солнечных лучей на поверхность чувствительного элемента. Под углом падения солнечных лучей понимается угол между вектором направления на Солнце и поверхностью чувствительного элемента.

Компенсация температурной погрешности фотопреобразователя осуществляется по показаниям температурного датчика, расположенного непосредственно в корпусе ОБ. Питание температурного датчика осуествляется из БУ СОиС.

Преобразованные сигналы с фотопреобразователй и с температурного датчика каждого оптического блока транслируются в БВС, где по специальному алгоритму рассчитываются углы между оптической осью прибора и проекциями вектора направления на Солнце на плоскости системы координат прибора.

Для ориентации КА по Солнцу ФГУП НПП “Геофизика-Космос” продолжает разработку ПОС как с механическим сканированием, так и статических. Разработаны или находятся в стадии завершения разработки три типа: 331К, 333К и 334К. Основные технические характеристики данных приборов и ранее разработанного ПОС 251К3 (выпускается в настоящее время) представлены в таблице.

ПОС 331К и 333К – высокоточные щелевые приборы с механическим сканированием. ПОС 334К – статический щелевой прибор со средней точностью и резервированием. Срок службы данных приборов определяется ресурсом их элементной базы и для различных вариантов комплектаций составляет от 7 до 15 лет. В данной организации ведутся разработки высокоточных ПОС с электронным сканированием как на линейных ПЗС, так и на матричных приемниках. Однако, по мнению специалистов данной организации, по совокупности характеристик “поле обзора – точность — масса”, приборы этого типа уступают ПОС с механическим сканированием.

Основные характеристики солнечных датчиков зарубежного производства представлены в таблице.

Источник