Область применения космической навигации Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

Решетневские чтения V. V. Yesyunin

JSC «Academician M. F. Reshetnev «Information Satellite Systems», Russia, Zheleznogorsk

CHOICE OF BUILDING STANDARD WHILE DESIGNING OF INSTRUMENTATION SYSTEM

Basic principles of building of instrumentation systems on the bases of VXI, PXI and LXI standards are considered. Analysis of basic characteristics of VXI, PXI and LXI standards are conducted. Advantages and disadvantages of definite principle choice of instrumentation system building are defined.

© Есюнин В. В., 2010

УДК 629.78

Е. С. Жукова, С. В. Литошик, В. И. Колесник, И. Н. Карцан

Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева, Россия, Красноярск

ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ КОСМИЧЕСКОЙ НАВИГАЦИИ

Рассматривается область применения существующих спутниковых навигационных систем.

Последнее десятилетие ознаменовалось растущей интенсификацией использования спутниковых навигационных средств и услуг на базе космических навигационных технологий как в гражданской, так и в военной деятельности ведущих государств мира. Навигационные технологии стали неотъемлемой частью средств обеспечения экономического роста всех социальных сфер и национальной безопасности. Быстрыми темпами развивается мировой рынок этих средств и области их применения.

В военной сфере наблюдается существенное усиление опоры войск на средства спутниковой навигации и масштабная интеграция последних в системы оружия [1]. Основными потребителями в системе Вооруженных Сил являются:

- войсковые формирования;

- подвижные пункты управления;

- информационные и боевые средства различного базирования.

Военные задачи, решаемые с помощью космической навигации, представлены на рис. 1.

Не менее значителен и эффект от гражданского применения средств спутниковой навигации, особенно в сфере контроля и управления транспортными операциями [2]. Космическая навигация настолько прочно вошла во все сферы социальной жизни общества, что существование многих отраслей и видов человеческой деятельности уже немыслимо без космических технологий (рис. 2).

Высокоточное оружие

Навигация стратегической и фронтовой авиации

Навигация стратегических баллистических ракет

Контроль радиационной, химической обстановки

J

Навигация подводных лодок и надводных кораблей ВМФ

J

Координатно-временное обеспечение

J

Обеспечение действий сил общего назначения

Рис. 1. Сферы военного применения космической навигации

Системы управления, космическая навигация и связь

Рис. 2. Сферы гражданского применения космической навигации

Основное назначение космических навигационных систем состоит в следующем:

- навигационном обеспечении летательных аппаратов, судов морского и речного флота, автомобильных и железнодорожных транспортных средств;

- определении параметров движения и ориентации космических аппаратов различного назначения;

- местоопределении при геодезических и геологических изысканиях, в топографии, гидрографии, строительстве и др.;

- обеспечении деятельности организаций и различных служб в чрезвычайных ситуациях (спасательных служб, служб скорой помощи, милиции и т. п.);

- определении координат при прокладке трасс, дорог и т. п.;

- мониторинге эксплуатации техногенноопасных объектов, транспортировки ценных и взрывоопасных грузов, трубопроводов;

- мониторинге предвестников землетрясений;

- ориентации на маршруте туристических групп, отдельных туристов и др.;

- фундаментальных работах и исследованиях.

В качестве специального применения космических навигационных технологий можно отметить [2]:

- навигационное обеспечение МВД, МЧС, МПС, оперативных служб;

- контроль грузовых перевозок;

- применение в системах поиска и спасания;

- обеспечение кадастровых работ;

- решение задач геодинамики и прогноз землетрясений;

- навигационное обеспечение туристических групп.

Кроме того, в навигационном обеспечении нуждаются как индивидуальные потребители, так и мно-

жество других организаций независимо от форм собственности и принадлежности: органы госбезопасности, МВД, службы МЧС, скорая помощь, сельскохозяйственные службы, строительные организации и др.

Наибольший эффект будет наблюдаться в сфере транспорта, так как за последние 15 лет спутниковая навигация стала главным элементом этой мировой экономической инфраструктуры.

Использование космических навигационных технологий для организации прецизионной навигации (дифференциальной навигации) с погрешностью определения местоположения 0,3 ...1 м позволит обеспечить «слепую» посадку самолета в аэропортах, проходы кораблей и судов в узких фарватерах и акваториях порта, движение автомобильного транспорта в сложных условиях, проведение кадастровых работ, оперативную геодезическую привязку объектов строительства и др. Особенно велика многоплановость применения космических навигационных технологий в сфере научных и фундаментальных исследований.

В целом применение космической навигации для решения народно-хозяйственных задач повышает экономическую эффективность их эксплуатации, безопасность движения и качество услуг.

Библиографические ссылки

1. Кокорин В. И. Радионавигационные системы и устройства : учеб. пособие / Краснояр. гос. техн. ун-т. Красноярск, 2006.

2. Глобальная спутниковая радионавигационная система ГЛОНАСС / под ред. В. Н. Харисова, А. И. Перова, В. А. Болдина. М., 1998.

Решетневские чтения

Ye. S. Zhukova, S. V. Litoshik, V. I. Kolesnik, I. N. Kartsan Siberian State Aerospace University named after academician M. F. Reshetnev, Russia, Krasnoyarsk

APPLICATION AREA OF SPACE NAVIGATION

The application area of existing satellite navigational systems is considered.

© Жукова Е. С., Литошик С. В., Колесник В. И., Карцан И. Н., 2010

УДК 629.78:351.814.3

А. В. Зыков

ОАО «Ракетно-космическая корпорация «Энергия» имени С. П. Королева», Россия, Королев Московский физико-технический институт (ГУ), Россия, Долгопрудный

ОПТИМАЛЬНОЕ УПРАВЛЕНИЕ ИЗБЫТОЧНЫМИ СИСТЕМАМИ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ-МАХОВИКОВ

Исследованы свойства избыточных систем электродвигателей-маховиков, а также выбор оптимального управления такими системами. Предложен алгоритм управления с использованием нового критерия оптимальности. Показано, что данный критерий эффективнее используемого ранее. Приведены результаты моделирования, проведенного Ракетно-космической корпорацией «Энергия» с использованием пакета прикладных программ МЛТЬЛБ.

В настоящее время решается задача повышения ресурса космических аппаратов (КА) и их отдельных систем. Повышение ресурса маховичных систем может быть достигнуто за счет установки на борту КА дополнительного числа электродвигателей-маховиков (ЭДМ) и отказа от традиционных схем их установки. Введение дополнительной избыточности в махович-ную систему позволяет решать различные оптимизационные задачи, например регулировать кинетические моменты исполнительных органов, что способствует повышению ресурса двигателей-маховиков и маховичной системы в целом, минимизировать потребление маховичной системы с учетом свойства рекуперации электроэнергии двигателей-маховиков [1], тестировать двигатели-маховики в процессе штатной работы системы ориентации.

С учетом высокой надежности ЭДМ их число п в избыточных системах варьируется от четырех до восьми. Установочные векторы , параллельные осям вращения ЭДМ, равномерно располагаются на правильной круговой конической поверхности с вершиной в точке О (см. рисунок).

Вектор управляющего момента маховичной системы

M* = J щhi - щка x ^

(1)

где т. - управляющие моменты отдельных ЭДМ; h - вектор кинетического момента маховичной системы, складывается из вектора управляющего момента маховичной системы, установленной на неподвижном основании, и гироскопического момента, возникающего при вращении маховичной системы с угловой скоростью щ,^ вместе с КА. Первое слагаемое в (1) можно представить в матричном виде:

M = Dm, (2)

где M = (Мх, Му, Мг) - управляющие моменты маховичной системы по осям стабилизации; D - 3*п -матрица направляющих косинусов, определяющая схему установки ЭДМ; m = (т1, т2,..., тп) - управляющие моменты п электродвигателей-маховиков.

Задача управления маховичной системой заключается в нахождении управляющих моментов ЭДМ т. , обеспечивающих равенство вектора М требуемому вектору управляющего момента МКА, если считать, что МКА определен как функция угловых отклонений и угловых скоростей КА и учитывает гироскопическую составляющую вектора управляющего момента.

В качестве критерия оптимальности маховичной системы используется функционал

» 2 ^ 5Ф

J = У mt + с У mt-,

i=1 i=1 dw

(3)

где Ф = У щ2 - сумма квадратов угловых скоростей

Схема установки восьми ЭДМ

роторов маховиков; с - весовой коэффициент, выби-

i=1