Орбитальный контроль эксплуатационных характеристик антенн с крупногабаритными рефлекторами космических аппаратов Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

Решетнеескцие чтения. 2015

совпадают с собственными, то матрица демпфирования в нормальных координатах не может быть диагональной. В противном случае выполняется гипотеза Базиля о том, что матрицы инерции, жесткости и демпфирования приводятся к диагональному виду одним преобразованием координат [6].

По результатам испытаний динамически подобной модели самолета (размах крыла 2,9 м, длина фюзеляжа 3,3 м) построена ее расчетная математическая модель. При этом матрица демпфирования определена как в нормальной, так и в физической системах координат. Показана адекватность математической модели реальной динамической системе.

Заключение. Решена проблема модальной идентификации конструкций по результатам испытаний без использования априорного математического описания диссипативных свойств колебательных систем. Реализованы условия определения упругих и массовых характеристик независимо от характеристик демпфирования. Разработан способ выявления свойств сил демпфирования и построения матрицы демпфирования по результатам испытаний.

Библиографические ссылки

1. Дружинин Э. И., Лукьяненко М. В., Якимов Е. Н. Формирование динамических моделей космических конструкций по данным натурных испытаний // Вестник СибГАУ. 2013. № 2 (48). С. 124-128.

2. Хейлен В., Ламменс С., Сас П. Модальный анализ: теория и испытания / пер. с англ. В. С. Межина, Н. А. Невзорского. М. : Новатест, 2010. 319 с.

3. Modal Parameter Estimation for Large, Complicated MIMO Tests / A. Peter, R. Singhal, B. Peeters et al. // J. Sound and Vibration. 2006. № 1. P. 14-20.

4. Микишев Г. Н., Рабинович Б. И. Динамика тонкостенных конструкций с отсеками, содержащими жидкость. М. : Машиностроение, 1971. 564 с.

5. Кононенко В. О., Плахтиенко Н. П. Методы идентификации механических нелинейных колебательных систем. Киев : Наукова думка, 1976. 114 с.

6. Бернс В. А. Диагностика и контроль технического состояния самолетов по результатам резонансных испытаний. Новосибирск : Изд-во НГТУ, 2012. 272 с.

References

1. Druzhinin E. I., Luk'yanenko M. V., Yakimov E. N. Formirovanie dinamicheskikh modeley kosmicheskikh konstruktsiy po dannym naturnykh ispytaniy [Identification of Dynamic Models of Space Constructions according to Actual Test Data]. Vestnik SibGAU. 2013, no. 2 (48), p. 124-128 (In Russ.).

2. Heylen W., Lammens S., Sas P. Modal Analysis Theory and Testing. KULeuven, 1997, 340 p. (Russ. ed.: Mezhin V.S., Nevzorskii N.A. Modal'nyy analiz: teoriya i ispytaniya. OOO «Novatest», 2010, 319 p.).

3. Peter A., Singhal R., Peeters B., Leuridan J. Modal Parameter Estimation for Large, Complicated MIMO Tests. J. Sound and Vibration, 2006, no. 1, p. 14-20.

4. Mikishev G. N., Rabinovich B. I. Dinamika tonkostennykh konstruktsiy s otsekami, soderzhashchimi zhidkost' [Dynamics of thin-walled structures with compartments containing liquid]. Moscow, Mashinostroenie Publ., 1971, 564 p.

5. Kononenko V. O., Plakhtienko N. P. Metody identifikatsii mekhanicheskikh nelineynykh kolebatel'nykh sistem [Methods of the mechanical nonlinear vibrating systems identification]. Kiev, Naukova Dumka Publ., 1976, 114 p.

6. Berns V. A. Diagnostika i kontrol' tekhnicheskogo sostoyaniya samoletov po rezul'tatam rezonansnykh ispytaniy [Diagnostics and monitoring of the aircraft technical condition by the result of resonance tests]. Novosibirsk, NSTU Publ., 2012, 272 p.

© Бернс В. А., Жуков Е. П., Маринин Д. А., 2015

УДК 621.396.67

ОРБИТАЛЬНЫЙ КОНТРОЛЬ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ ХАРАКТЕРИСТИК АНТЕНН С КРУПНОГАБАРИТНЫМИ РЕФЛЕКТОРАМИ

КОСМИЧЕСКИХ АППАРАТОВ

Е. В. Бикеев, Ю. В. Коловский

Сибирский федеральный университет Российская Федерация, 660041, г. Красноярск, просп. Свободный, 79 E-mail: [email protected]

Рассмотрены основные проблемы орбитального контроля эксплуатационных характеристик антенн с крупногабаритными трансформируемыми рефлекторами космических аппаратов.

Ключевые слова: крупногабаритные рефлекторы контроль эксплуатационных характеристик.

Крупногабаритные трансформируемые конструкции космических аппаратов

ORBITAL CONTROL FOR EXPLOITATION PROPERTIES OF ANTENNA WITH LARGE REFLECTORS CONNECTING TO SPACECRAFT

E. V. Bikeev, Y. V. Kolovsky

Siberian Federal University 79, Svobodny Av., Krasnoyarsk, 660041, Russian Federation. E-mail: [email protected]

The research reveals most important problems of orbital control for exploitation properties of antenna with large transforming reflectors connecting to spacecraft.

Keywords: Large reflectors, control of exploitation properties.

Определяющим фактором в качестве космических спутниковых систем связи и орбитальных обсерваторий является точность исполнения отражающей поверхности рефлекторов и величина деформаций их рабочих поверхностей в процессе орбитальной эксплуатации.

Современный уровень технологий не позволяет создавать высокоточные крупногабаритные рефлекторы, имеющие высокую стабильность воспроизводимости раскрытия, а также стойкость к значительным перепадам температур открытого космоса. В результате прогнозируемые деформации крупногабаритных космических конструкций, вызванные нагрузками этапа выведения, а также температурными нагрузками, значительно превышают заложенные проектные допуски.

Для контроля геометрических характеристик крупногабаритных трансформируемых антенн (КТА) в состав антенно-фидерной системы космического аппарата вводятся системы измерения геометрии КТА и механизмы тримминга.

Анализ существующих разработок [1] показал, что на данный момент в качестве измерительной аппаратуры в системах контроля за геометрией КТА применяются сканирующие приборы по типу лазерных сканеров [2]. Такая приборная реализация имеет ряд преимуществ по сравнению со статическими измерительными приборами. Прежде всего, это энергопотребление: при невысоких уровнях энергопотребления осветительного канала лазерный сканер имеет значительный показатель отношения полезный сигнал/ шум, что в свою очередь влияет на точность его измерений.

Кроме того, лазерный сканер является единым законченным измерительным прибором, выполненным в виде моноблока, устанавливаемого снаружи корпуса КА и функционирующего в условиях космического пространства. Данный прибор можно устанавливать в непосредственной близости от чувствительных датчиков системы ориентации КА, тем самым точно позиционируя антенну относительно базовой, ориентируемой на зону покрытия системы координат космического аппарата (СК КА).

Однако система измерения геометрии КТА, реализованная на сканирующем приборе, имеет и недостатки по сравнению со статическими приборами. Главным недостатком является малое быстродействие, зависящее от количества измеряемых реперных точек зеркала рефлектора. Суммарное время перенацеливания механизма сканирования и измерения сферических координат 25-ти реперных точек составляет 6,25 с.

К примеру, время измерения координат тех же 25-ти реперов статическим углоизмерительным прибором на базе КМОП-матрицы Star1000 размером 1024x1024 пикселей составляет 0,25 секунд. Механизм сканирования, имеющий высокие характеристики по жесткости, и прецизионные приводы из его состава добавляют значительную массу сканирующим приборам. В результате такие приборы уступают по массогабарит-ным характеристикам статическим приборам. Наличие подвижных механических частей делает сканирующие приборы менее надежными по сравнению со статическими приборами.

Всех этих недостатков лишена измерительная система на основе двух фотокамер, в которой измерение координат реперных точек производится с использованием методов фотограмметрии. Для реализации алгоритмов измерения достаточно двух фотокамер, одну из которых можно разместить в непосредственной близости от базовой СК КА. Особенностью фотограмметрической системы измерения является требование к взаимному расположению фотокамер: минимальные погрешности достигаются при угле между визирными осями фотокамер, равном 90° [3]. Такое требование выполняется при расстоянии между камерами, равном размерам самого объекта измерения. Исходя из этого требования, вторую камеру целесообразно устанавливать на несущей конструкции рефлектора - штанге. Сверхширокоугольный объектив (например, «рыбий глаз») позволит обеспечить попадание в поле зрения ближайшей к рефлектору фотокамеры всей конструкции рефлектора. Алгоритмы калибровки многокамерных систем позволяют выполнять пространственную привязку фотокамер, тем самым избавляя разработчиков системы от проблемы обеспечения точного позиционирования измерительных приборов относительно друг друга.

Обеспечение приемлемой мощности полезного сигнала по отношению к внешним помехам, таким как звезды, солнце, луна и блики от элементов конструкции КА, можно обеспечить за счет применения световозвращающих пленок космического назначения, наклеивающихся на сетеполотно рефлектора.

Фотограмметрическая система имеет быстродействие, значительно превосходящее сканирующие приборы, до нескольких кГц. Причем скорость измерения в очень малой степени зависит от количества измеряемых реперных точек и в значительной степени обусловлена производительностью бортовой вычислительной машины, в которой функционирует программное обеспечение, реализующее алгоритмы обработки фотоснимков.

Решетнееские чтения. 2015

Быстродействие фотограмметрической системы измерения позволяет оценивать не только медленно меняющиеся температурные деформации конструкции КТА, но и выявлять гармоники собственных упругих колебаний конструкции, вызванных возмущающими воздействиями корректирующих двигательных установок. Частоты, на которых ожидаются наибольшие амплитуды, составляют порядка нескольких десятков герц [4].

Кроме измерения, контроль эксплуатационных характеристик антенны включает в себя и управление данными характеристиками. Управление радиотехническими характеристиками антенн наиболее целесообразно выполнять с помощью диаграммообразую-щей схемы, входящей в состав антенны. Перераспределением фаз и амплитуд радиосигнала в фазированной антенной решетке облучающей системы можно корректировать направление электрической оси антенны, тем самым компенсируя её уходы за счет деформаций конструкции.

Авторами были проведены анализы, исходя из которых выбрана оптимальная логика взаимодействия составных частей системы контроля эксплуатационных характеристик антенны космического аппарата [5]. Были определены основные элементы такой системы, сформулированы требования к их техническим характеристикам.

Вышеизложенная концепция построения системы контроля эксплуатационных характеристик антенны космического аппарата позволяет наилучшим образом решить задачу обеспечения заданных в тактико-техническом задании эксплуатационных характеристик антенно-фидерной системы перспективных КА.

Библиографические ссылки

1. Выбор приборного состава системы определения геометрии крупногабаритной трансформируемой антенны / Г. П. Титов, М. Г. Матыленко, Е. В. Бикеев, М. О. Дорофеев // Решетневские чтения : материалы XV Междунар. науч. конф., посвященной памяти генер. конструктора ракет.-космич. систем акад. М. Ф. Решет-нева (10-12 ноября 2011, г. Красноярск) : в 2 ч. / под. общ. ред. Ю. Ю. Логинова ; Сиб. гос. аэрокосмический ун-т. Красноярск, 2011. С. 98-99.

2. Сайт компании Leica Geosystems [Электронный ресурс]. URL: http://www.leica-geosystems.ru/ru/3D-HDS_23357.htm (дата обращения 10.03.2015).

3. Сайт компании Geodetic Systems [Электронный ресурс]. URL: http://www.geodetic.com/v-stars/what-is-photogrammetry.aspx (дата обращения 30.06.2015).

4. Зимин В. Н. Экспериментальное определение динамических характеристик крупногабаритных трансформируемых космических конструкций // Вестник МГТУ им. Н. Э. Баумана Сер. «Машиностроение». 2011. № 1. С. 47-56.

5. Конвергентные технологии в когнитивной радиосвязи / Е. В. Бикеев, Ю. В. Коловский // Системы связи и радинавигации : материалы II Всерос. научно-техн. конф. (27-28 августа 2015, г. Красноярск) / под ред. В. Ф. Шабанова ; Научно-производственное предприятие «Радиосвязь». Красноярск, 2015. С. 253-256.

References

1. Titov G. P., Matylenko M. G., Bikeev E. V., Dorofeev M. O. [The choice of instrument systems define the geometry of the large antenna transformed]. Мaterialy XV Mezhdunar. nauch. konf. Reshetnevskie chteniya» [Materials XV Intern. Scientific. Conf «Reshetnev reading»]. Krasnoyarsk, 2011, p. "98-99. (In Russ.).

2. Website of Leica Geosystems. Available at: http://www.leica-geosystems.ru/ru/3D-HDS_23357.htm (accessed 10.03.2015).

3. Website of Geodetic Systems. Available at: http://www.geodetic.com/v-stars/what-is-photogrammetry.aspx (accessed 30.06.2015).

4. Zimin V. N. Experimental examined of dynamic properties of large transforming space structure // Vestnik MSTU by Bauman. Ser. «Mechanical engineering». 2011. № 1. C. 47-56 (In Russ.).

5. Bikeev E. V., Kolovsky Y. V. [Convergent technologies for cognitive radio communication]. Мaterialy II All-Russian scientific and technical conference «Communications system and radio navigation», Krasnoyarsk, 2015, p. 253-256. (In Russ.).

© Бикеев Е. В., Коловский Ю. В., 2015

УДК 629.78

АНАЛИЗ ПРОЕКТИРОВАНИЯ РАЗМЕРОСТАБИЛЬНЫХ ИНТЕГРАЛЬНЫХ КОНСТРУКЦИЙ ИЗ ПОЛИМЕРНЫХ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ

А. А. Богданова, Ю. С. Кравченко

АО «Информационные спутниковые системы» имени академика М. Ф. Решетнева» Российская Федерация, 662972, г. Железногорск Красноярского края, ул. Ленина, 52 E-mail: [email protected]

Рассматриваются методы совершенствования космических аппаратов, способы повышения эффективности их эксплуатации и вопросы создания размеростабильных конструкций для космических аппаратов из композиционных материалов.

Ключевые слова: композиционные материалы, размеростабильные интегральные конструкции.