Анализ возможностей электронной дофокусировки крупногабаритных антенных систем космических аппаратов Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

Решетневскуе чтения. 2014

- конфигурация в транспортировочном положении - все панели батареи солнечной сложены и удерживаются на космическом аппарате с помощью замков зачековки;

- конфигурация в раскрытом положении - все панели батареи солнечной раскрыты в рабочее положение и удерживаются с помощью механического устройства раскрытия/складывания;

- конфигурация в сложенном положении - все панели батареи солнечной сложены и удерживаются с помощью механического устройства раскрытия/ складывания.

© Немчанинов С. И., 2014

УДК 621.396

АНАЛИЗ ВОЗМОЖНОСТЕЙ ЭЛЕКТРОННОЙ ДОФОКУСИРОВКИ КРУПНОГАБАРИТНЫХ АНТЕННЫХ СИСТЕМ КОСМИЧЕСКИХ АППАРАТОВ

С. В. Пономарев, С. Э. Шипилов, В. П. Якубов1 А. И. Величко, В. И. Халиманович2

Научно-исследовательский институт прикладной математики и механики Томского государственного университета Российская Федерация, 634050, г. Томск, пл. Ленина, 36. E-mail: [email protected] 2ОАО «Информационные спутниковые системы» имени академика М. Ф. Решетнева» Российская Федерация, 662972, г. Железногорск Красноярского края, ул. Ленина, 52

E-mail: [email protected]

Предлагается метод восстановления усилительных свойств больших рефлекторных антенн без механической коррекции их формы за счет алгоритмического адаптивного формирования диаграммообразующей матрицы решетки облучателей, которая учитывает возникающие отклонения поверхности антенны от формы идеального параболоида. Величина отклонений и необходимые поправки рассчитываются на основе регистрации сигналов опорного источника. Работоспособность подтверждается результатами натурного и имитационного моделирования.

Ключевые слова: искривление рефлектора, диаграммообразующая матрица, аппаратная функция системы.

ANALYSIS OF OPPORTUNITIES FOR ELECTRONIC ADDITIONAL FOCUSING FOR LARGE ANTENNA SPACECRAFT SYSTEMS

S. V. Ponomarev, S. E. Shipilov, V. P. Yakubov1 A. I. Velichko, V. I. Halimanovich2

1 Scientific-Research Institute of Applied Mathematics and Mechanics Tomsk State University 36, Lenina sq., Tomsk, 634050, Russian Federation. E-mail: [email protected]

2JSC "Information Satellite Systems" named after academician M. F. Reshetnev" 52, Lenin str., Zheleznogorsk, Krasnoyarsk region, 662972, Russian Federation E-mail: vai @iss-reshetnev.ru

A method for restoring the amplifying properties of large reflector antennas without mechanical correction of their shape due to the formation of algorithmic adaptive beamforming matrix lattice illuminators is proposed, it allows a deviation from the surface of the antenna forms of a perfect paraboloid. The magnitude of the deviations and the necessary adjustments are calculated based on the received signals of the reference source. The efficiency is confirmed by the results of full-scale modeling and simulation.

Keywords: reflector curvature, the beamforming matrix, the hardware function of the system.

Современные большие спутниковые антенны, как правило, являются саморазворачивающимися типа зонтика с офсетным рефлектором сетчатого типа. Сложная система их последовательного разворачивания задает высокие требования к надежности и точности всех конструктивных элементов и механизмов.

Практически полное отсутствие гравитации позволяет увеличивать размеры рефлектора до очень больших -до 100 и более метров. Однако возникает новая проблема - значительные температурные деформации формы отражающей поверхности рефлектора, вызываемые неоднородным солнечным нагревом. Эти от-

Крупногабаритные трансформируемые конструкции космических аппаратов

клонения приводят к потере усиления антенной системы, т. е. потере общей функциональности сложной системы. Для решения этой проблемы разрабатываются сложные электромеханические приводы, предназначенные для принудительного уменьшения отклонений формы рефлектора от идеальной - близкой к параболоиду. Анализ показал, что мировые лидеры в области космической связи (США, Япония) отказываются от чисто механических систем коррекции формы рефлекторов и приходят к использованию распределенных приемно-передающих систем, в которых каналы связи оптимизируются на уровне обработки сигналов.

В настоящем докладе обсуждается возможность программно-аппаратного восстановления функциональных возможностей рефлекторной антенны за счет использования измерений аппаратной функции системы (АФС), т. е. её отклика на искусственный точечный источник. Измерение АФС фактически диагностирует «заболевания» рефлекторной системы - отклонения формы зеркала от идеальной параболиче-

ской формы. После этого остается аппаратно или программно скорректировать отклик системы на реальные сигналы, в результате чего функциональность системы будет восстановлена с минимальными затратами или вообще без них. Фактически это равнозначно работе системы с внесением компенсирующих амплитудно-фазовых предискажений. В нашем случае будет восстановлен высокий коэффициент усиления антенны. Реализация предлагаемого подхода с использованием быстрых алгоритмов допускает его работу в реальном масштабе времени. Кроме того, в работе затрагивается вопрос о перспективности использования для спутниковой связи и дистанционного зондирования плоских зеркал Френеля.

В докладе приводятся конкретные результаты по симуляции предлагаемого решения, а также подтверждающие экспериментальные результаты.

© Пономарев С. В., Шипилов С. Э., Якубов В. П., Величко А. И., Халиманович В. И., 2014

УДК 629.78

ОБЕСПЕЧЕНИЕ НАДЕЖНОСТИ КРУПНОГАБАРИТНЫХ ТРАНСФОРМИРУЕМЫХ

МЕХАНИЧЕСКИХ СИСТЕМ

Ю. П. Похабов

Специальное конструкторско-технологическое бюро «Наука» КНЦ СО РАН Российская Федерация, 660049, г. Красноярск, просп. Мира, 53 Е-mail: [email protected]

Рассматриваются вопросы обеспечения надежности крупногабаритных трансформируемых механических систем космических аппаратов. Обсуждаются возможности анализа безотказности.

Ключевые слова: надежность, безотказность, крупногабаритные трансформируемые механические системы, уникальные высокоответственные системы.

RELIABLE LARGE TRANSFORMABLE MECHANICAL SYSTEMS

Yu. P. Pokhabov

Special Designed Technological Bureau KSC SB RAS 53, Mira prosp., Krasnoyarsk, 660049, Russian Federation. E-mail: [email protected]

The problems of reliability of large transformable mechanical spacecraft systems are considered. The possibilities of failure-free operation analysis are discussed.

Keywords: reliability, failure-free operation, large transformable mechanical systems, unique systems of high responsibility.

Обеспечение надежности крупногабаритных трансформируемых механических систем (КТМС) космических аппаратов имеет ряд особенностей, которые резко ограничивают использование методов современной теории надежности:

- требование по безотказности выполнения функциональных задач КТМС характеризуется вероятностью безотказной работы (ВБР) на уровне 0,9998 и выше, что находится за пределами доверительного

интервала, при котором распределение отказов подчиняется нормальному закону (правило трех сигм), и, как следствие, не позволяет что-либо предположить о распределении вероятностей отказов;

- производство КТМС осуществляется в единичных экземплярах или мелкими сериями, что не позволяет применять для прогнозирования методы статистической теории надежности;