Оценка стойкости бортовой аппаратуры космических аппаратов к факторам электростатического разряда Текст научной статьи по специальности «Физика»

Решетневскце чтения

Устройство состоит из следующих компонентов: направляющей, каретки с адаптером, пружин, системы тросов и блоков, спускового механизма, устройства взвода и механизма складывания.

Был выполнен анализ жесткости используемых пружин с в зависимости от длины разгона l (рис. 2). Исследована зависимость быстроты набора скорости схода при различных длинах разгона и соответствующих им пружинах (рис. 3).

иад-И№

■ 1 и Г5 '

ц

Рис. 2

С помощью пакета NASTRAN выполнен анализ напряжений конструкции пускового устройства (рис. 4). Для моделирования направляющих и связующей балки использовались конечные элементы типа SOLID (твердое тело), для моделирования шарнирных узлов использовались конечные элементы типа PLATE (пластина) и RIGID (жесткая связь) с ограничением

числа степеней свободы. Результаты анализа показали допустимое отклонение угла наклона направляющих относительно друг друга при взведенном механизме. Напряжения, возникающие в конструкции, не превышают критических значений с требуемым запасом.

Рис. 3

|

Рис. 4

Данное пусковое устройство в настоящее время используется для запуска БПЛА «DELTA».

D. A. Klimovskiy, E. D. Krylov, A. V. Shatov Siberian State Aerospace University named after academician M. F. Reshetnev, Russia, Krasnoyarsk

DEVELOPMENT OF START DEVICE FOR UAV

Construction of launch device for the UAV is presented.

© KJIHMOBCKHH fl. A., KptrnoB E. fl., maTOB A. B., 2011

УДК 629.78:621.311

А. В. Костин

Самарский государственный аэрокосмический университет имени академика С. П. Королева (Национальный исследовательский университет), Россия, Самара

ОЦЕНКА СТОЙКОСТИ БОРТОВОЙ АППАРАТУРЫ КОСМИЧЕСКИХ АППАРАТОВ К ФАКТОРАМ ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКОГО РАЗРЯДА

Описывается разрабатываемая методика теоретической оценки стойкости бортовой аппаратуры космических аппаратов к факторам электростатического разряда. Методика позволяет оценить стойкость бортовой аппаратуры космических аппаратов к факторам электростатического разряда на этапе ее проектирования.

В связи с бурной эволюцией электроники (применением полупроводниковой техники с высокой интеграцией) вновь остро встал вопрос о защите бортовой аппаратуры (БА) космических аппаратов (КА) от воздействий электростатических разрядов (ЭСР). Классической мерой является исключение разности потенциалов между электропроводящими элементами конст-

рукции, все они соединяются между собой (металлизируются). Все электроизоляционные материалы тоже металлизируются путем нанесения токопроводящих покрытий. Металлизировать все элементы конструкции КА удается не всегда и ЭСР возникают и создают электромагнитные поля (ЭМП), которые воздействуют на БА и могут вызвать сбой последней или даже отказы.

Проектирование и производство летательных аппаратов, космические исследования и проекты

Для исключения воздействия ЭМП приходится экранировать БА. Экранирование подразумевает использование электропроводных корпусов без щелей и отверстий, электропроводных (экранированных) соединителей. Если имеются отверстия в корпусах приборов, то они должны быть выполнены в виде лабиринтов, пройдя через которые ЭМП существенно ослабляются.

Однако вопрос о необходимости и достаточности принятых мер по защите от ЭСР остается открытым на этапе проектирования БА и подтвердить правильность выбранных конструктивных решений можно только при натурных испытаниях системы. Если на этом этапе будет получен отрицательный результат, то возникнет необходимость доработки БА. Такие доработки вызывают дополнительные затраты и могут даже задержать сдачу изделия. Другое дело, если меры, принятые для защиты от ЭСР, избыточные. Это ведет к удорожанию приборов, увеличению их массы и габаритов.

Все это имеет место, так как отсутствует теоретическая методика оценки воздействия ЭСР на БА. В настоящее время в СГАУ совместно с предприятиями космической отрасли разворачиваются работы по исследованию влияния факторов ЭСР на БА КА. На основе результатов исследований разрабатывается методика теоретической оценки стойкости БА к факторам ЭСР, а также рекомендации по применению оптимальных методов защиты. Рассмотрим кратко идеи разрабатываемой методики.

В основе методики лежит спектральный метод расчета отклика контура, состоящего из источника полезного сигнала, нагрузки, сигнального и общего проводов. Под откликом понимается ЭДС, наводимая в контуре (ЭДС помехи), которая определяется по закону Фарадея

d г® ® d г ® ®

е(0 =--1 BdS = -т„ — HdS,

dt £ dt £

® ®

где В - магнитная индукция; Н - напряженность электрического поля; т - относительная магнитная

проницаемость; т0 - магнитная постоянная; t - время; S - площадь, ограниченная контуром.

Исходными данными для расчета являются известная зависимость разрядной силы тока от времени, расстояние от места возникновения ЭСР и длина дуги ЭСР. Расчет проводится в несколько этапов.

1. Определяются цепи, чувствительные к электромагнитному полю, вызванному ЭСР.

2. Рассчитывается спектр излучения.

3. Рассчитывается поле внутри корпуса прибора и внутри локальных экранов.

4. Определяется ЭДС помехи.

5. Определяется степень опасности ЭДС помехи.

Цепями, чувствительными к ЭМП, вызванному

ЭСР, считают контуры, подключенные ко входам функциональных узлов БА, чувствительных к помехам.

Для расчета спектра излучения определяется амплитудный и фазовый спектр силы тока разрядного импульса. По известному спектру разрядного импульса рассчитываются амплитудные и частотные спектры напряженностей электрического и магнитного полей

(E(jw) и H(jw) соответственно). Для расчета на-пряженностей ЭСР представляется в виде элементарного электрического излучателя (диполя Герца). Расчеты показывают, что большая часть энергии импульса ЭСР (99 %) сосредоточена в диапазоне длин волн свыше X = 1,78 м. Поэтому можно считать, что Б А расположена в ближней зоне диполя Герца. Для описания поля последнего следует использовать выражения для ближней зоны.

Для определения характеристик поля внутри корпусов и экранов последние описываются в виде неоднородных электромагнитных экранов [1; 2].

ЭДС определяется по закону Фарадея, отличие заключается лишь в том, что вместо временных зависимостей используются частотные, а производная по времени заменяется угловой частотой.

Для оценки степени опасности ЭДС-помехи используют либо найденный спектр помехи, либо зависимость ЭДС-помехи от времени, которая находится при помощи обратного преобразования Фурье. При оценке анализируются комплексные воздействия полезных сигналов и помех на вход функциональных узлов БА, чувствительных к помехам. По результату принимается решение об устойчивости функционального узла и необходимости дополнительной защиты.

Библиографические ссылки

1. Полонский Н. Б. Конструирование электромагнитных экранов для радиоэлектронной аппаратуры. М. : Сов. радио, 1979.

2. Шапиро Д. Н. Электромагнитное экранирование : науч. изд. Долгопрудный : Интеллект, 2010.

A. V. Kostin

Samara State Aerospace University named after academician S. P. Korolyov (National Research University), Russia, Samara

ESTIMATE OF STORAGE QUALITIES OF ON-BOARD EQUIPMENT OF SPACE VEHICLES VS FACTORS OF THE ELECTROSTATIC DISCHARGE

The article describes a technique being developed of a theoretical estimation of storage qualities of on-board equipment of space vehicles vs factors of electrostatic discharge. The technique allows to estimate storage qualities of on-board equipment of space vehicles vs factors of electrostatic discharge at a stage of its designing.

© Костин А. В., 2011