Научная статья на тему 'Методика проектирования сверхмалых космических аппаратов'

Методика проектирования сверхмалых космических аппаратов Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

CC BY
411
100
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
СМКА / НАНОСПУТНИК / ПИКОСПУТНИК / СИСТЕМНОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ / SYSTEM DESIGN / ПОДСИСТЕМА / SUBSYSTEM / ULTRA-SMALL APPARATUS / NANOSATELLITE / PIKOSATELLITE

Аннотация научной статьи по механике и машиностроению, автор научной работы — Малыгин Д. В.

Рассмотрена технология разработки сверхмалых космических аппаратов различного назначения.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

METHOD OF DESIGNING NANOSATELLITE’S

The development of ultra-small multi-purpose satellites is examined.

Текст научной работы на тему «Методика проектирования сверхмалых космических аппаратов»

Решетневскуе чтения. 2014

УДК 629.78

МЕТОДИКА ПРОЕКТИРОВАНИЯ СВЕРХМАЛЫХ КОСМИЧЕСКИХ АППАРАТОВ

Д. В. Малыгин

Лаборатория проектирования сверхмалых космических аппаратов «Астрономикон» Российская Федерация, 199155, г. Санкт-Петербург, Набережная реки Смоленки, 1 E-mail: [email protected]

Рассмотрена технология разработки сверхмалых космических аппаратов различного назначения. Ключевые слова: СМКА, наноспутник, пикоспутник, системное проектирование, подсистема.

METHOD OF DESIGNING NANOSATELLITE'S

D. V. Malygin

Nanosatellite design laboratory"Astronomikon" 1, Embankment Smolenka, Saint-Petersburg, 199155, Russian Federation E-mail: [email protected]

The development of ultra-small multi-purpose satellites is examined.

Keywords: ultra-small apparatus, nanosatellite, pikosatellite, system design, subsystem.

К сверхмалым космическим аппаратам (СМКА) будем относить такие, массы которых не превышают 1 кг, а объем не более 1 дм куб [1].

Актуальность создания СМКА стала очевидной в начале ХХ1 века с появлением элементной базы, на которой возможно создавать КА указанных массы и объема.

На протяжении последних 13 лет летные испытания прошли несколько сотен СМКА. Многие из них успешно эксплуатируются. Основная проблема их проектирования - в достижении оптимального (или рационального) соотношения показателей качества, стоимости и эффективности. Эти характеристики отрабатываются в условиях обязательного учета основных факторов среды обитания СМКА, физической и технической. Цели проектирования СМКА состоят в решении возникающих проблем с конкретизацией их содержания. Кратко опишем структуру проводимого исследования проектированию СМКА [2].

Итак, вначале приводятся начальные понятия, включающие классификацию СМКА, краткие сведения о разработке и проектировании СМКА, их особенности, системность, принципы системного проектирования, главные вопросы и автоматизацию проектирования. Далее изложены особенности и классификация целевых подсистем, состав служебных подсистем СМКА. Даны примеры. Обращено внимание на согласованность полезной нагрузки и служебных подсистем. После чего рассмотрены вопросы баллистического проектирования, влияния баллистических параметров на характеристики наноспутника. Затем проводятся расчеты характеристик системы энергетического обеспечения (СЭО) и ее согласованию с СМКА; также проведен расчет характеристик системы обеспечения теплового режима (СОТР). Рассмотрено ее согласование с бортовыми подсистемами, в частности с бортовым комплексом управления (БКУ).

Заключение содержит вопросы компоновки СМКА с учетом критериального оценивания проектного решения, включая стоимостные показатели, а также подводит итог процедур ранних стадий проектирования СМКА.

Отметим ключевые моменты, связанные с проектированием служебных подсистем (СП), предназначенных для обеспечения работы полезной нагрузки (ПН). Служебные подсистемы называют также бортовыми обеспечивающими подсистемами (БОП).

Служебные системы КА содержат три группы:

1) системы энергетического обеспечения (СЭО);

2) системы обеспечения теплового режима (СОТР);

3) бортовой комплекс управления (БКУ).

Каждая из перечисленных групп может иметь свой

состав и отличительные от других физические основы.

Согласованность СП и ПН относится к особой задаче проектирования, на которую часто не обращают внимания. Эта задача является частью общей задачи согласования космической системы, в которую входят, кроме СМКА, наземные средства.

Состав наноспутника определяет его массовое уравнение, которое можно представить в виде суммы масс СЭО, СОТР, БКУ, несущих конструкций и полезной нагрузки:

М0 = тСП + тпн = тсэо + тсотр + тбку + тнк + тпн.

Система энергетического обеспечения проектирования (СЭО) предназначены для обеспечения электроэнергией специальных (в общем представлении ПН) и служебных подсистем наноспутника. СЭО СМКА используют солнечную энергию. Фотоэлектрические преобразователи (ФЭП) генерируют постоянный ток. СЭО преобразует постоянный ток в токи переменные необходимых частот.

Малые космические аппараты: производство, эксплуатация и управление

СЭО СМКА отличаются малыми мощностями, которые составляют десятки и единицы Вт. В состав СЭО входят солнечные батареи (СБ) на основе ФЭП, аккумуляторные батареи (АБ), преобразователи и проводники электроэнергии.

Типовой состав СЭО с ФЭП позволяет записать его массовое уравнение в виде

тСЭО = тСБ + тАБ + тАРК + тРФ + тПОР ,

где в правую часть уравнения вошли соответственно массы: солнечных батарей, аккумуляторных батарей (аб), аппаратуры регулирования и контроля (арк), механизмов раскрытия и фиксации (рф) сб и привода ориентации (пор) сб.

в данное уравнение могут войти и другие составляющие, например, приводные устройства сб, механизмы раскрытия и фиксации конструкций.

Ключевое значение в системном проектировании СМКА занимают критерии.

Критерий - это мерило оценивания, определяющее правило оценивания чего-либо. В общем смысле под критерием понимают определяющее правило.

Критерий и показатель - разные понятия. Следует строго их различать. При этом критерий - определяющее правило, а показатель - числовая мера, число. Показатель определяет значение характеристики. Критерий записывается в виде одного или нескольких условий. По критериям будем оценивать результаты проектирования, сравнивать различные варианты проектных решений.

Существуют критерии пригодности и оптимальности, качества и эффективности. Критерий пригодности качества и стоимости СМКА записывается в виде допустимых ограничений на показатели качества и стоимости, например:

М < МД, тСС > тДг, V < КД,

"сс>

тивного существования наноспутника; СЕ, С^ - стоимость и допустимая стоимость жизненного цикла СМКА.

В данное уравнение вошли не все ограничения на показатели качества и стоимости СМКА. На этом примере показано, как принципиально выглядит критерий пригодности качества и стоимости.

Критерий эффективности формируется как критерий оптимальности. В него войдут ограничения по частным показателям качества, например:

С

W = min-

"жц ^цс

V > ¥Д Т > Тд С < СД

УСС - УСС> 1 сас 1 сас' °жц - °жц'

где М0,МД - стартовая масса и допустимая стартовая масса СМКА; тСС, тДСС - масса и допустимая

масса специальных подсистем (ПН); V0,V0д - стартовый и допустимый стартовый объем СМКА; VСС уСС - объем и допустимый объем специальных подсистем; Т САС, ТДАС - срок и допустимый срок ак-

М < Мд V < Vд С < Сд м0-м0 , г0 - у0 , сжц ь сжц ,

тцс — тцс , тлэ — тлэ , где М0,Мд - стартовая масса и допустимая стартовая масса СМКА, V0,V0d - стартовый и допустимый стартовый объем СМКА; Сжц, Сжц - себестоимость и допустимая себестоимость жизненного цикла СМКА; тцп, тцп - масса и допустимая масса служебных подсистем; тЛЭ, тдЛЭ - время и допустимое время летной эксплуатации СМКА.

Библиографические ссылки

1. Малыгин Д. В. Универсальная платформа «Синергия» блочно-модульного исполнения // Решетнев-ские чтения : XV Междунар. науч. конф. Красноярск, 2011. С. 377-378.

2. Малыгин Д. В. Универсальная платформа сверхмалого космического аппарата // Материалы V Всерос. форума студентов, аспирантов и молодых ученых. 2011. С. 38-40.

References

1. Maligin D. V. Universal block-modular platform "Synergy" // Reshetnevskie chteniya : XV International Scientific Conference. C. 377-378.

2. Maligin D. V. Universal platform for nanosatellite // Proceedings of the V All-Russian forum of students and young scientists. 2011. C. 38-40.

© Малыгин Д. В., 2014

УДК 62-233.2

УСТРОЙСТВО АРРЕТИРОВАНИЯ РОТОРА ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ-МАХОВИКА

С МАГНИТНЫМ ПОДВЕСОМ

М. В. Поляков, Г. Н. Гладышев, В. П. Лянзбург

ОАО «Научно-производственный центр «Полюс» Российская Федерация, 634050, г. Томск, пр. Кирова, 56в. E-mail: [email protected]

Разработано устройство арретирования ротора электродвигателя-маховика с электромагнитными опорами, осуществляющее многократную автоматическую фиксацию, центрирование и последующий выбег вращающегося ротора в случаях отказа системы магнитного подвеса.

Ключевые слова: устройство арретирования, магнитный подвес, электродвигатель-маховик.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.