Особенности радиационной защиты сверхмалых космических аппаратов Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

Таблица 2

Варианты рассматриваемых шарикоподшипников

Обозначение подшипника 2076084ЮТ 4-1006094Е 4-1006095ЮТ

Габарит, мм 04/9-3 04/11-4 05/13-4

Статическая грузоподъемность, Н 180 280 380

Динамическая грузоподъемность, Н 400 660 800

Таблица 3

Основные параметры двигателей-маховиков

Наименование RW90 RSI02-33/30А МДМ

Производитель Astro-und Feinwerktechnik Adlershof GmbH Teldix Rockwell Collins АО «НПЦ «Полюс»

Внешний вид H m

Кинетический момент, Н-м-с ±(0,00...0,25) ±(0,00...0,20) ±(0,00.0,25)

Управляющий момент, Н-м ±(0,00... 0,01) ±(0,00...0,03) ±(0,000.0,008)

Потребляемая мощность, Вт 6 10 5

Конструктивное исполнение Моноблок Моноблок Моноблок

Масса, кг 0,9 1,7 1,3±0,1

Габариты, мм 103x101x90 0135/120 96x96x96

Срок службы, лет 5 5 5

Условия эксплуатации Негерметичный отсек Негерметичный отсек Негерметичный отсек

Библиографические ссылки

1. Меркин Д. Р. Гироскопические системы. М. : Физматгиз : Наука, 1974.

2. Ишлинский А. Ю. Механика гироскопических систем. М. : АН СССР, 1963.

3. Самсаев Ю. А. Вибрации приборов с опорами качения. М. : Машиностроение, 1984. 128 с.

4. Первицкий Ю. Д. Расчет и конструирование точных механизмов. М. : Высшая школа, 1976. 456 с.

5. Тищенко О. Ф. Элементы приборных устройств. М. : Высшая школа, 1978. 384 с.

References

1. Merkin D.R. Giroskopicheskie sistemy [Gyroscopic systems]. М., Phizmatgiz, Nauka, 1974.

2. Ishlinskij A. J. Mehanika giroskopicheskih system [Mechanics of gyroscopic systems]. М., AN SSSR, 1963.

3. Samsaev J. A. Vibrazii priborov s oporami kachenija [Vibrations of a devices with rolling-contact bearings]. М., Mashinostroenie, 1984. 128 p.

4. Pervickij J. D. Raschet i konstruirovanie tochnyh mehanizmov [Calculation and design exact machinery]. М., Vycshaja shkola, 1976. 456 p.

5. Ticshenko O. F. Elementy pribornyh ustrojstv [Element of instrument devices]. М., Vycshaja shkola, 1978. 384 p.

© Ермаков Д. В., Денисова А. А., Колеватова Н. А., Гладышев Ю. Г., Лянзбург В. П., 2015

УДК 539.12.04, 629.7.023

ОСОБЕННОСТИ РАДИАЦИОННОЙ ЗАЩИТЫ СВЕРХМАЛЫХ КОСМИЧЕСКИХ АППАРАТОВ

Д. М. Зуев, Е. Я. Чесноков, С. А. Бабич, О. Н. Драганюк, В. С. Задонская

Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева Российская Федерация, 660037, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31

E-mail: ZuevDmitriy93@yandex.ru

Описаны основные проблемы радиационной стойкости малых космических аппаратов на низких околоземных орбитах. Приведены способы снижения затрат на разработку и запуск космических аппаратов.

Ключевые слова: радиационная защита, композитные материалы, накопленная доза, малые космические аппараты, CubeSAT, SibCube.

*Работа выполнена при поддержке КГАУ «Красноярский краевой фонд поддержки научной и научно-технической деятельности» и Министерства образования и науки РФ (проект № 168/14).

Решетнеескцие чтения. 2015

FEATURES OF ULTRASMALL SATELLITE RADIATION SHIELDING

D. M. Zuev, E. Ya. Chesnokov, S. A. Babich, O. N. Draganyuk, V. S. Zadonskaya

Reshetnev Siberian State Aerospace University 31, Krasnoyarsky Rabochy Av., Krasnoyarsk, 660037, Russian Federation E-mail: ZuevDmitriy93@yandex.ru

The article describes main problems of radiation resistence of ultrasmall satellites on low Earth orbits. The article also presents ways to reduce cost of spacecraft development and launch.

Keywords: radiation shielding, composite materials, radiation build-up, small satellites, CubeSAT, SibCube.

В последнее десятилетие наблюдается широкое распространение сверхмалых космических аппаратов (СМКА) (массой менее 100 кг) для использования в научных, образовательных, а также в коммерческих целях [1]. Специфика решаемых задач СМКА определяет их использование на низких круговых околоземных и полярных орбитах в диапазоне высот от 200 до 1 300 км, что ниже пика активности радиационных поясов Земли [2].

Для увеличения экономической выгоды и снижения стоимости миссии правомерно встает вопрос снижения стоимости производства, запуска СМКА и повышения срока активного существования.

Одним из возможных путей снижения стоимости КА является снижение массы пассивных элементов защиты без потери радиационно стойких свойств. Также одним из путей снижения стоимости является использование коммерческой (индустриальной) элементной базы, которая имеет на несколько порядков меньшую стоимость, нежели элементная база космического класса. Использование СМКА на орбитах, находящихся ниже, чем естественные радиационные пояса Земли (ЕРПЗ), как раз позволяет использовать индустриальную элементную базу (ЭБ).

На всех стадиях космического полета на функционирование бортовой аппаратуры влияют многочисленные факторы, одним из которых, в первую очередь, является фактор воздействия проникающего ионизирующего излучения (ИИ) космической среды (КС). Воздействие подобных ИИ приводит к структурным изменениям материалов, возникновению ионизации, разогреву, появлению наведенной радиоактивности и другим явлениям, нарушающим физические и химические процессы в технических устройствах. ИИ оказывают вредное влияние на многие виды аппаратуры: оптические элементы, солнечные батареи и другие полупроводниковые элементы. Результатом этих воздействий могут быть обратимые и необратимые изменения параметров радиоэлементов, приводящие к полной или частичной потере работоспособности аппаратуры, ошибки в работе бортового программного обеспечения.

Широкое использование полупроводниковых изделий микроэлектроники с технологическим разрешением 0,032-0,045 мкм и менее имеют низкие пороговые значения переключений, требуют вводить комплекс работ по обеспечению радиационной стойкости.

Предельно накопленная доза (ПНД) для различных интегральных микросхем (ИМС) и устройств

коммерческого назначения колеблется в пределах 1-50 крад [3] и, условно говоря, не регламентируется. Накопленная доза за год работы на орбите имеет порядок нескольких крад, таким образом, велика вероятность, что за год активного существования коммерческая ЭБ может выйти из строя вследствие получения ПНД. Таким образом, радиационная защита СМКА на базе коммерческой ЭБ особенно актуальна [4].

Возможно несколько вариантов снижения веса за счет экранов: отсутствие защиты (большинство аппаратов класса СиЪе8ЛТ), использование экранов из легких алюминиевых сплавов, где роль экрана зачастую выполняют стенки корпуса СМКА, или использование композитных защитных материалов. Последний вариант позволяет значительно снизить массу защитных экранов при сохранении защитной способности. Например, кубический корпус КА с толщиной стенки 4 мм из сплава алюминия АМГ-6 будет иметь массу 64 кг, а корпус, созданный с применением гетерогенных материалов (с плотностью, меньшей на 17 %), 53 кг. При разнице в 11 кг выгода при средней цене за запуск 20 000 долл./кг, составит 220 000 долл.

Помимо физических методов защиты, также целесообразно использовать и программно-аппаратные методы защиты: корректор ошибок сбоев записи в памяти, отказоустойчивая архитектура бортовой электроники, дублирование критичных для работы элементов, создание программными методами отказоустойчивой архитектуры ПЛИС.

В разрабатываемом в данный момент СМКА СибГАУ класса СиЪе8ЛТ на платформе 8ШСиЪе [5-6] планируется применять композитный защитный материал для получения более высокого уровня защиты при сохранении массы на текущем уровне, что позволит увеличить срок активного существования на орбите при использовании коммерческой ЭБ, эффективно защищать от широкого спектра энергетических и частотных воздействий, иметь хороший коэффициент ослабления (отражения и поглощения).

Библиографические ссылки

1. Севастьянов Н. Н., Бранец В. Н., Панченко В. А. и др. Анализ современных возможностей создания малых космических аппаратов для дистанционного зондирования Земли // Сборник статей МФТИ. 2009. Т. 1. № 3. С. 14-22.

2. Радиационные пояса Земли / С. Н. Кузнецов, Л. В. Тверская // Модель космоса. М. : Кн. дом «Университет», 2007. Т. 1. С. 518-546.

3. Попов В. Д. Вероятность безотказной работы интегральных схем при различных «запасах» по дозе ионизирующего излучения // Радиационная стойкость электронных систем «Стойкость - 2001» : научно-технический сб. Вып. 4. М. : Паимс, 2001.

4. Артюхова М. А., Полесский С. Н., Жаднов В. В. и др. Обеспечение радиационной стойкости аппаратуры космических аппаратов при проектировании // Компоненты и технологии. 2010. №. 9. С. 28-33.

5. SibCube - проект студенческого космического аппарата СибГАУ класса CubeSAT / Д. М. Зуев, А. Г. Пятков, П. В. Мовчан и др. // Вестник СибГАУ. 2014. № 4(56). C. 160-166.

6. Официальный сайт проекта «SibCube» [Электронный ресурс]. URL: http://sibcube.com/ (дата обращения: 02.09.2015).

References

1. Sevast'yanov N. N., Branets V. N., Panchenko V. A. et al. [Analysis of modern opportunities of creation of

small spacecrafts for remote sensing of Earth]. Sbornik statey MFTI. 2009. vol.1. no. 3. p. 14-22. (In Russ.)

2. Kuznetsov S. N., Tverskaya L. V. [Radiation belts around the earth]. Model' kosmosa. Moskow, Knizhnyj dom universitet Publ., 2007, p. 871. (In Russ.)

3. Popov V. D. [Probability of no-failure operation of microcircuitry at various "stocks" on a dose of ionizing radiation]. Radiatsionnaya stoykost' elektronnykh sistem «Stoykost' 2001» : Scientific and technical collection. Publ. 4. Moskow, Paims Publ., 2001. (In Russ.)

4. Artyukhova M. A., Polesskiy S. N., Zhadnov V. V. et al. [Ensuring radiation resistance of the equipment of spacecrafts at design]. Komponenty i tekhnologii, 2010, no. 9. p. 28-33.

5. Zuev D. M., Pyatkov A. G., Movchan P. V. et al. [«SibCube» - Cubesat satellite project of SibSAU student]. VestnikSibGAU. 2014. vol. 56, no. 4. p.160-166.

6. [Official website of «SibCube»]. Available at: http://sibcube.com/. (accessed: 02.09.2015).

© Зуев Д. М., Чесноков Е. Я., Бабич С. А., Драганюк О. Н., Задонская В. С.,2015

УДК 629.78.08

МОБИЛЬНЫЙ КОМПЛЕКС ДЛЯ ТРАНСПОРТИРОВАНИЯ И ПОДГОТОВКИ КОСМИЧЕСКИХ

АППАРАТОВ МАЛОГО КЛАССА К ЗАПУСКУ

С. Н. Лозовенко, А. В. Цайтлер, В. И. Голублев, Е. Н. Головёнкин

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

E-mail: lozov@iss-reshetnev.ru

Рассмотрен мобильный комплекс, представляющий собой специализированный контейнер с передвижной платформой, использование которого обеспечит сохранение заданных характеристик космического аппарата малого класса в процессе его транспортирования и позволит использовать передвижную платформу в качестве мобильного рабочего места для подготовки космического аппарата к запуску.

Ключевые слова: мобильный комплекс, контейнер, передвижная платформа, кантование, космический аппарат.

MOBILE COMPLEX FOR TRANSPORTATION AND SMALL CLASS SPACECRAFT PREPARATION

S. N. Lozovenko, A. V. Tsaytler, V. I. Golublev, E. N. Golovenkin

JSC "Information satellite systems" named after academician M. F. Reshetnev" 52, Lenin Str., Jeleznogorsk, Krasnoyarsk region, 662972, Russian Federation E-mail: lozov@iss-reshetnev.ru

Article describes the mobile complex in a form of specialized container with a mobile platform which will provide safety of the specified characteristics of small spacecraft during its transportation and allow to use a mobile platform as a mobile workplace to prepare spacecraft for launch.

Keywords: mobile complex, container, mobile platform, tilting, spacecraft.

Одним из этапов жизненного цикла космического аппарата является транспортирование от завода-изготовителя (далее - ЗИ) до технического комплекса космодрома (далее - ТКК) с последующей подготовкой космического аппарата к запуску. В целях защиты космического аппарата от воздействия негативных факторов

окружающей среды и динамических нагрузок транспортирование космического аппарата до ТКК выполняется в специализированном контейнере (далее - КТ), в котором обеспечиваются комфортные условия для космического аппарата по температуре, влажности и чистоте воздуха и по уровню динамических нагрузок [1].