CC BY
20"Крупногабаритные трансформируемые конструкции космических, аппаратов
2. О напряженно-деформированном состоянии в открытом космосе конструкций волноводно-распре-делительных систем / В. И. Халиманович, М. М. Михнев, В. Н. Наговицин, О. Б. Гоцелюк, П. Н. Сильчен-ко, И. В. Кудрявцев // Решетневские чтения : материалы XVII междунар. НТК / Сиб. гос. аэрокосмич. ун-т. Красноярск, 2013. Т. 1. С. 48-50.
3. Оценка температурного состояния волноводно-распределительных систем космических аппаратов связи / П. Н. Сильченко, И. В. Кудрявцев, М. М. Михнев, Е. С. Новиков, О. Б. Гоцелюк // СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии (КрыМиКо'2014) : материалы 24-й междунар. НТК. 7-13 сентября. Севастополь, 2014. С. 980-981.
4. Нагрев волноводов космических аппаратов связи при передаче СВЧ сигналов / П. Н. Сильченко, И. В. Кудрявцев, М. М. Михнев, О. Б. Гоцелюк // Успехи современной радиоэлектроники. 2015. № 10. С. 19-22.
5. Анализ напряженно-деформированного состояния тонкостенных конструкций волноводно-распределительных систем космических аппаратов связи / П. Н. Сильченко, И. В. Кудрявцев, М. М. Михнев, О. Б. Гоцелюк // Механика и математическое моделирование в технике : материалы всерос. НТК. Москва, 17-19 мая. М., 2016. С. 55-59.
6. Особенности решения системы дифференциальных уравнений и определение «действительного» НДС волноводов при изгибе / П. Н. Сильченко, И. В. Кудрявцев, В. Н. Зимин, О.Б. Гоцелюк // Механика и математическое моделирование в технике : материалы всерос. НТК. Москва, 17-19 мая. М., 2016. С. 47-51.
References
1. Avduevskij V. S. Osnovy teploperedachi v avia i kosmicheskoj tehnike, 1992. 528 p. (In Russ.).
2. Khalimanovich V. I., Mikhnev M. M., Nagovit-syn V. N., Gotseluk O. B., Silchenko P. N., Kudryavt-sev I. V. [About stress state in the outer space of constructions of waveguide and distributive systems] // Materialy XVII Mezhdunar. nauch. konf. "Reshetnevskie chteniya" [Materials XVII Intern. Scientific. Conf. "Reshetnev reading"]. Krasnoyarsk, 2013. Vol. 1. P. 48-50. (In Russ.).
3. Silchenko P. N., Kudryavtsev I. V., Mikhnev M. M., Novikov E. S., Gotseluk O. B. [Evaluation of the temperature condition of waveguide-distributive systems of communication spacecrafts] // CriMiCo 2014. 24th International Crimean Conference Microwave and Telecommunication Technology, Conference Proceedings 6959723. P. 980-981. (In Russ.).
4. Silchenko P. N., Kudryavtsev I. V., Gotseluk O. B. [Heating of wave guides of spacecrafts of communication by transfer of SHF-signals] Uspehi sovremennoj radiojelektroniki. 2015. № 10. P. 19-22. (In Russ.).
5. Silchenko P. N., Kudryavtsev I. V., Mikhnev M. M., Gotseluk O. B. Analiz naprjazhenno-deformirovannogo sostojanija tonkostennyh konstrukcij volnovodno-raspredelitel'nyh sistem kosmicheskih apparatov svjazi. Materialy vserossijskoj NTK «Mehanika i matematicheskoe modelirovanie v tehnike», Moscow, 2016. P. 55-59. (In Russ.).
6. Silchenko P. N., Kudryavtsev I. V., Zimin V. N., Gotseluk O. B. Osobennosti reshenija sistemy differencial'nyh uravnenij i opredelenie «dejstvitel'nogo» NDS volnovodov pri izgibe // Materialy vserossijskoj NTK «Mehanika i matematicheskoe modelirovanie v tehnike», Moscow, 2016. P. 47-51. (In Russ.).
© CnntneHKO n. H., Ky^psBqeB H. B., MHXHSB M. M., HaroBHqHH B. H., ToqenroK O. E., 2016
УДК 53.083:520.6
ПОДСИСТЕМА ГЕОМЕТРИЧЕСКОГО КОНТРОЛЯ ДЛЯ ВЫСОКОТОЧНЫХ СИСТЕМ КОСМИЧЕСКОЙ ОРИЕНТАЦИИ С НЕСКОЛЬКИМИ ДАТЧИКАМИ*
О. Ю. Стекольщиков*, А. О. Жуков, А. И. Захаров, М. Е. Прохоров, М. С. Тучин
Государственный астрономический институт имени П. К. Штернберга Московского государственного университета имени М. В. Ломоносова Российская Федерация, 119991, Москва, Университетский просп., 13 E-mail: [email protected]
Погрешность современных датчиков определения ориентации по астрономическим объектам стала меньше, чем размеростабильность конструкций КА. Предложена конструкция подсистемы геометрического контроля для измерения в реальном времени изменения взаимного положения оптических датчиков ориентации. Показания этой подсистемы должны обрабатываться вместе с показаниями датчиков ориентации.
Ключевые слова: ориентация КА, звездные датчики, геометрический контроль, датчики смещения.
*Разработка ПГК была выполнена при финансовой поддержке Министерством образования и науки Российской Федерации в рамках проекта RFMEI60414X0094.
<Тешетневс^ие чтения. 2016
GEOMETRY CONTROL SUBSYSTEM FOR HIGH PRECISION SPACE ATTITUDE SYSTEM WITH MULTIPLE SENSORS
O. Yu. Stekolshchikov*, A. O. Zhukov, A. I. Zakharov, M. E. Prokhorov, M. S. Tuchin
Sternberg Astronomical Institute, Moscow State University 13, Universitetsky Av., Moscow, 119991, Russian Federation E-mail: [email protected]
Accuracy of modern sensors of orientation by astronomical objects becomes lower than size stability of spacecraft constructions. The paper proposes a design of geometry control subsystem for real-time measuring changes in the relative position of the optical attitude sensors. The results of this subsystem must be processed together with the data of the star trackers.
Keywords: attitude, star tracker, geometry control, shift sensor.
Большинство современных систем ориентации космических аппаратов (КА) являются комплексными, в их состав входят несколько датчиков ориентации различных типов.
Наиболее точными из них являются гироскопические и звездные датчики, сегодня они имеют секундные угловые погрешности, и ожидается их уменьшение.
Для обеспечения функционирования комплексной системы ориентации помимо высокой точности каждого из датчиков, входящих в ее состав, необходимо с не меньшей точностью знать взаимную ориентацию датчиков, а также иметь возможность на борту аппарата передавать (переносить) полученную ориентацию на целевую аппаратуру [1].
Сегодня взаимное расположение датчиков системы ориентации задается конструкцией КА в целом и поддерживается за счет механической жесткости. Уже при современных точностях датчиков ориентации этого оказывается недостаточно. В работах [2; 3] приведены результаты испытаний, которые показывают, что взаимное положение звездных датчиков изменяется на 5-10" под действием тепловых деформаций. При переходе к субсекундным погрешностям пассивное сохранение взаимной ориентации датчиков станет совершенно невозможным. Указанная проблема стоит перед большинством современных датчиков как отечественного, так и зарубежного производства [4].
Помимо пассивного поддержания взаимной ориентации датчиков за счет механической жесткости конструкций, возможна система ориентации с непрерывным внутренним контролем геометрии, которая включает в себя подсистему геометрического контроля (ПГК). Сведения об изменении взаимного положения датчиков ориентации используются при обработке данных с них, каждое измерение обрабатывается для текущей геометрической конфигурации.
Конструкция подсистемы геометрического контроля. Предложенная конструкция ПГК представляет собой трехгранную пирамиду, нижняя грань которой предназначена для крепления системы ориентации к целевой аппаратуре КА, а на боковые грани устанавливаются датчики ориентации (см. рисунок). На ребрах пирамиды устанавливаются от 1 до 3 высокоточных датчиков смещения, которые регистрируют измерения расстояния между выбранными точками соседних граней.
Внешний вид ПГК (с одним датчиком смещения на ребро пирамиды)
Основу конструкции ПГК составляют четыре плиты, плоскости которых образуют правильную треугольную пирамиду (тетраэдр). Плиты не касаются друг друга непосредственно, а опираются на четыре шаровые опоры, расположенные в вершинах пирамиды. В каждой из четырех вершин пирамиды сходятся три плиты. Каждая шаровая опора жестко крепится к одной из плит, а две другие подвижно опираются на шаровую опору либо конической выборкой в плите, либо через специальные опорные конические шайбы, вложенные в паз и опирающиеся на плоскость плиты.
В представленной конструкции мы имеем четыре типа крепления вершин плит на шаровые опоры, а именно: а) жесткая фиксация; б) фиксация с возможностью поворота относительно опоры; в) фиксация с возможностью перемещения вдоль паза по плите и поворота относительно опоры; г) фиксация с возможностью «свободного» перемещения по плоскости плиты и поворота относительно опоры.
К нижней плите основания все три шаровые опоры крепятся жестко. На каждую шаровую опору через шайбы подвижно опираются нижние части боковых плит. Четвертая шаровая опора крепится к верхней части одной из боковых плит. На нее через опорные шайбы опираются с возможностью поворота верхние части двух других боковых плит.
Для боковых плит, каждая из которых опирается на две нижних и одну верхнюю шаровые опоры, реализована система свободного позиционирования: классное отверстие - классный паз - свободное отверстие (свободная точка). При такой системе позиционирования однородные тепловые деформации
"Крупногабаритные трансформируемые конструкиии космических, аппаратов
плит (которые могут быть неодинаковыми для разных плит) не приводят к изменению их формы, допуская смещение плиты в направлении «классное отверстие - классный паз».
Реализация классных отверстия и паза, а также свободной точки осуществляется с помощью опорных шайб: сферической и двух типов конических шайб. В случае «классного паза» опорная на сферу коническая шайба вложена в паз, а в случае «свободной точки» шайба просто лежит на грани плиты.
Для определения изменений взаимной ориентации датчиков, закрепленных на боковых плитах ПГК производятся измерения взаимных смещений 1-3 пар выбранных точек на сторонах для каждой пары плит. Для этого на плитах в этих местах устанавливаются дифференциальные датчики смещения.
В качестве дифференциального датчика смещения использован емкостный дифференциальный датчик смещения D-100 производства фирмы Pkysik Instrumente (Германия) [5]. Датчик имеет разрешение 0,1 нм, а рабочий диапазон - 100 мкм.
Библиографические ссылки
1. Прохоров M. Е., Захаров А. И., Стекольщиков О. Ю. и др. Необходимость введения подсистемы геометрического контроля в комплексные системы ориентации космических и летательных аппаратов при современной точности // Доклады Академии наук. 2016. Т. 466. № 2, С. 158-160.
2. Никитин А. В., Дунаев Б. С., Красиков В. А. Наземный эксперимент по синхронному определению параметров угловой инерциальной ориентации тремя приборами звездной ориентации БОКЗ-M // Механика, управление и информатика. 2011. №. 2. С. 62-69.
3. Карелин А. Ю., Зыбин Ю. Н., Князев В. О. и др. Многоголовый звёздный датчик 348К. Результаты наземной экспериментальной отработки // Механика, управление и информатика. 2015. №. 2(55). С. 120-128.
4. Дятлов С. А., Бессонов Р. В. Обзор звездных датчиков ориентации космических аппаратов // Механика, управление и информатика. 2009. №. 1. С. 11-31.
5. PI Datasheet. Capacitive Sensors Sub-nanometer-resolution position sensors D-015, D-050, D-100 [Электронный ресурс]. URL: https://www.physikinstrumente. com/en/ products/sensors/ capacitive-sensors/d-015-d-050-d-100-capacitive-sensors-500200/ (дата обращения: 16.09.2016).
References
1. Prokhorov M. E., Zakharov A. I., Stekolshchi-
kov O. Yu. et al. Neobhodimost' vvedenija podsistemy geometricheskogo kontrolja v kompleksnye sistemy orientacii kosmicheskih i letatel'nyh apparatov pri sovremennoj tochnosti [The Necessity of Introducing a Geometric Control Subsystem into the Composite Attitude Control Systems of Spacecraft and Aircraft with Modern Precision] // Doklady Physics. 2016. Vol. 61, № 1. P. 5-7.
2. Nikitin A. V., Dunaev B. S., Krasikov V. A.
Nazemnyj jeksperiment po sinhronnomu opredeleniju parametrov uglovoj inercial'noj orientacii tremja priborami zvezdnoj orientacii BOKZ-M [Ground experiment on the determination of parameters of the inertial angular orientation of the three devices BOKZ-M] // Mechanics, Control and Informatics. 2011. № 2. P. 62-69.
3. Karelin A. Yu., Zybin Yu. N., Knjazev V. O. et al. Mnogogolovyj zvjozdnyj datchik 348K. Rezul'taty nazemnoj jeksperimental'noj otrabotki [Multi-headed star tracker 348K. Final in-Earth validation Rresults] // Mechanics, Control and Informatics. 2015. № 2(55). P. 120-128.
4. Djatlov S. A., Bessonov R. V. Obzor zvezdnyh datchikov orientacii kosmicheskih apparatov [Review of star trackers for satellites] // Mechanics, Control and Informatics. 2009. № 1. P. 11-31.
5. PI Datasheet. Capacitive Sensors Sub-nanometer-resolution position sensors D-015, D-050, D-100 [Electronic resource]. URL: https://www.physikinstrumente.com/ en/products/sensors/ capacitive-sensors/d-015-d-050-d-100-capacitive-sensors-500200/ (accessed: 16.09.2016).
© Стекольщиков О. Ю., Жуков А. О., Захаров А. И., Прохоров М. Е., Тучин М. С., 2016
УДК 621.791.75
СВАРКА ОБЪЕМНЫХ КОНСТРУКЦИЙ ИЗ АЛЮМИНИЕВЫХ ДЕФОРМИРУЕМЫХ СПЛАВОВ ЭЛЕКТРОДАМИ, СОДЕРЖАЩИМИ НАНОПОРОШКИ
Н. А. Тестоедов1,2, Г. Г. Крушенко2,3*, В. В. Двирный1,2, Г. В. Двирный1,2
!АО «Информационные спутниковые системы» имени академика М. Ф. Решетнёва» Российская Федерация, 662972, г. Железногорск Красноярского края, ул. Ленина, 52 2Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева Российская Федерация, 660037, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31 3Институт вычислительного моделирования СО РАН Российская Федерация, 660036, г. Красноярск, Академгородок, 50/44 E-mail: [email protected].
Сварка объемной конструкции из листов алюминиевого деформируемого сплава АМгб электродами, содержащими нанопорощки (НП) химических соединений, приводит к измельчению структуры сварного шва, в результате чего повышаются его механические свойства. При этом прочность металла в области сварного шва
