О некоторых проблемах, возникающих при испытаниях аппаратуры космических аппаратов на ударные воздействия Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

Решетневскуе чтения. 2017

УДК:534.322

О НЕКОТОРЫХ ПРОБЛЕМАХ, ВОЗНИКАЮЩИХ ПРИ ИСПЫТАНИЯХ АППАРАТУРЫ КОСМИЧЕСКИХ АППАРАТОВ НА УДАРНЫЕ ВОЗДЕЙСТВИЯ

С. А. Орлов, В. И. Копытов*

АО «Информационные спутниковые системы» имени академика М. Ф. Решетнева» Российская Федерация, 662972, г. Железногорск Красноярского края, ул. Ленина, 52

E-mail: kopytow@iss-reshetnev.ru

Рассматриваются вопросы отработки бортовой аппаратуры космических аппаратов на ударные воздействия, связанные с формированием ударных спектров ускорений с использованием различных ударных стендов, сравниваются характеристики типовых стендов, обсуждаются вопросы преимуществ и недостатков применяемого оборудования.

Ключевые слова: космический аппарат, бортовая аппаратура, ударный спектр ускорений, ударный стенд.

SOME PROBLEMS ARISING IN SHOCK TESTS OF THE EQUIPMENTS FOR SPACECRAFT

S. A. Orlov, V. I. Kopytov

JSC Academician M. F. Reshetnev Information Satellite Systems 52, Lenin Str., Zheleznogorsk, Krasnoyarsk region, 662972, Russian Federation E-mail: kopytow@iss-reshetnev.ru

This paper envisages the issues of testing the on-board equipment of spacecraft for shock environments associated with the formation of acceleration shock spectra using different shock test benches; the paper also compares the characteristics of typical test benches, it discusses advantages and disadvantages of the test bench used.

Keywords: spacecraft, on-board equipment, acceleration shock spectra, shock test bench.

При проведении наземной экспериментальной отработки бортовой аппаратуры (БА) космических аппаратов (КА) ударные воздействия остаются наиболее сложным видом механических испытаний. Требования на аппаратуру в настоящее время задаются в виде ударных спектров ускорений полученных при добротности, как правило, равной 10 [1-3].

Источником ударных воздействий на КА и БА являются пиротехнические устройства ракеты-носителя и КА [1; 2; 4]. Ударные воздействия передаются на БА в виде затухающей нестационарной вибрации. При этом, наиболее распространенные механические ударные стенды со свободно падающим столом и с ускоренным падением стола, выпускаемые как отечественными, так и зарубежными фирмами, ориентированы, в первую очередь, на создание одиночного импульса [5-7]. Кроме того: «При испытании аппаратуры, критичной к воздействию механических ударов, не рекомендуется (кроме случая имитации ударов о Землю) использовать ударные и копровые стенды, характеризующиеся начальной или конечной скоростью движения (падения) рабочего стола с закрепленным объектом испытаний» [8]. Таким образом, практически все механические стенды не рекомендуется использовать при испытаниях «аппаратуры, критичной к воздействию механических ударов». Решение о том, что ударные воздействия являются критичными для конкретной аппаратуры, должно приниматься на этапе механического анализа, а также по результа-

там испытаний приборов-аналогов, составе применяемых электронных компонентов и т. д.

Если аппаратура критична к воздействию механических ударов, то одной из альтернатив могут служить стенды с пиротехническими элементами, которые не нарушают «физику» ударного нагружения при испытаниях по сравнению с реальными условиями эксплуатации БА в составе КА. При этом риск необоснованного повреждения БА становится минимальным. Примером такого устройства может быть СПУ 762.6105-0 [9; 10]. Устройство выполнено таким образом, что, варьируя формой и материалом бойка, типом газогенераторов (отличаются массой пиросо-става), объемом газовых полостей, можно получать ударные спектры ускорений различной величины (от 100 g до 10 000 g и выше).

С помощью пиротехнических устройств можно проводить испытания различных систем КА и аппаратуры с высокими уровнями ударных воздействий:

- автономные испытания БА (создавая необходимые воздействия по плоскости крепления аппаратуры к оснастке);

- автономные испытания подсистем КА (создавая необходимые ударные воздействия в точках стыковки подсистемы с КА, например солнечные батареи, антенны и т. д.).

- испытания динамических макетов КА (имитируются воздействия от ракеты - носителя, раскрытие солнечных батарей и т. д.).

Космическое и специальное электронное приборостроение

Следует отметить, что погрешности при проведении испытаний по методу ударных спектров ускорений в пределах ±3 дБ по амплитуде являются завышенными и трудно реализуемыми в области средних и высоких частот [3].

Поэтому при испытаниях рекомендуется пользоваться следующими критериями [1]:

- не менее 50 % ударного спектра ускорений должны находиться между -3 и +3 дБ от номинальных технических требований по испытаниям;

- не менее 80 % ударного спектра ускорений должны находиться между -3 и +6 дБ от номинальных технических требований по испытаниям;

- 100 % ударного спектра ускорений должны находиться между -6 и +9 дБ от номинальных технических требований по испытаниям.

В докладе проводится обзор имеющихся в отрасли ударных стендов, рассматриваются примеры ударных испытаний бортовой аппаратуры на различных стендах, даются объяснения причин повреждения БА при использовании некорректных методик испытаний и типов стендов.

Библиографические ссылки

1. Product verification requirements for launch, upper-stage and space vehicles. MIL-STD-1540D. 1999. 308 p.

2. Pyroshock test criteria. NASA-STD-7003. 1999. 26 p.

3. Испытания на удар с воспроизведением ударного спектра. ГОСТ Р53190. М. : Стандартинформ, 2009. 24 с.

4. Calvi A. «Spacecraft Loads Analysis» ESA / ESTEC, Noordwijk. The Netherlands, 2011. 126 p.

5. URL: http://www.novatest.ru.

6. URL: http://www.bpp.by/catalog/tira-shock-4110m.

7. Круглов Ю. А., Туманов Ю. А. Ударовиброза-щита машин, оборудования и аппаратуры. Л. : Машиностроение, 1986. 222 с.

8. ОСТ 92-5100-2002. Аппаратура космических комплексов. Общие технические условия. Федеральное космическое агентство, 2002. 174 с.

9. Пат. 2394217 РФ, МПК G01M 7/08. Пиротехническое устройство для создания ударных воздействий / Орлов С. А, Орлов А. С. Опубл. 10.07.2010 ; Бюл. № 19. 8 с.

10. Орлов С. А., Копытов В. И., Матвеев К. А. Формирование ударных воздействий высокой интенсивности для пространственных конструкций // Изв. высш. учебных заведений. Физика. 2013. Т. 56, № 7/3. ТГУ. С. 197-200.

References

1. Product verification requirements for launch, upper-stage and space vehicles. MIL-STD-1540D. 1999. 308 p.

2. Pyroshock test criteria. NASA-STD-7003. 1999. 26 p.

3. Ispytaniya na udar s vosproizvedeniem udarnogo spektra. [Shock tests with shock spectrum reproduction] GOST R53190. M. : Standartinform, 2009. 24 p.

4. Adriano Calvi "Spacecraft Loads Analysis" ESA / ESTEC, Noordwijk. The Netherlands, 2011. 126 p.

5. URL: http://www.novatest.ru.

6. URL: http://www.bpp.by/catalog/tira-shock-4110m.

7. Kruglov Yu. A., Tumanov Yu. A. Udarovibrozash-chita mashin, oborudovaniya i apparatury. [Shock-proof protection of machines, equipment and apparatus]. L. : Mashinostroenie, 1986. 222 с.

8. OST 92-5100-2002. Apparatura kosmicheskikh kompleksov. Obshchie tekhnicheskie usloviya [The equipment of space complexes. General specifications]. Federal'noe kosmicheskoe agentstvo, 2002. 174 p.

9. Orlov S. A, Orlov A. S. Pirotekhnicheskoe ustroystvo dlya sozdaniya udarnykh vozdeystviy [Pyrotechnic device for creating shock effects] Patent RF, no. 2394217, 2010.

10. Orlov S. A., Kopytov V. I., Matveev K. A. Formi-rovanie udarnykh vozdeystviy vysokoy intensivnosti dlya prostranstvennykh konstruktsiy [Formation of shock effects of high intensity for spatial structures] // Izv. Vyssh. uchebnykh zavedeniy. 2013. Fizika. T. 56, № 7/3 TGU. P. 197-200.

© Орлов С. А., Копытов В. И., 2017