Проектирование бленды звездного датчика Текст научной статьи по специальности «Строительство и архитектура»

Решетнеескцие чтения. 2015

УДК 629.78

ПРОЕКТИРОВАНИЕ БЛЕНДЫ ЗВЕЗДНОГО ДАТЧИКА*

Д. Ш. Ахмедов, С. А. Елубаев, А. В. Шамро, А. С. Сухенко, К. А. Алипбаев

ДТОО «Институт космической техники и технологий» АО «Национальный центр космических исследований и технологий» Республика Казахстан, 050061, г. Алматы, ул. Кисловодская, 34 E-mail: [email protected]

Рассматривается процесс проектирования бленды звездного датчика и приводятся результаты оценки ее эффективности.

Ключевые слова: космический аппарат, звездный датчик, бленда, проектирование.

DESIGN OF THE BAFFLE FOR STAR TRACKER

D. Sh. Akhmedov, S. A. Yelubayev, A. V. Shamro, A. S. Sukhenko, K. A. Alipbayev

AALR «Institute of space technique and technologies» CA «National center of space research and technologies» 34, Kislovodskaya Str., Almaty, 050061, Republic of Kazakhstan. E-mail: [email protected]

In this paper the design process of the baffle for star tracker and the results of the assessment of its effectiveness are given.

Keywords: satellite, star tracker, baffle, design.

Звездный датчик является высокотехнологичным устройством для точного определения углового положения космического аппарата. Для полноценной работы звездного датчика требуется максимальное ограничение «паразитных» лучей, прошедших до оптической системы от источников «паразитного» излучения (Солнце/ Земля), находящихся на минимально допустимом угловом расстоянии от оптической оси. Это достигается путем использования бленды. Типичные значения «глубины ямы» современных детекторов - 100-500 тысяч электронов. Конструкция бленды обычно подбирается таким образом, чтобы засветка от Солнца и/ или Земли в фокальной плоскости не превышала 30-40 % «глубины ямы» пикселей детектора при заданном минимальном угле между оптической осью и Солнцем/ Землей [1].

На этапе разработки требований к звездному датчику принято, что уровень «паразитной» засветки апертуры составляет 3 000 фотонов на кв. мкм при предельном угле между оптической осью звездного датчика и источником излучения в 40 градусов [2]. Для обеспечения этого требования разработана конструкция бленды (рис. 1) с пятью диафрагмами (пятой диафрагмой является входной зрачок объектива). Оценка эффективности полученной конструкции бленды и расчет уровня «паразитной» засветки проведен с помощью программно-математического обеспечения, разработанного в среде Matlab. Данное программно-математическое обеспечение моделирует

прохождение световых лучей внутри бленды с учетом ее конструкции и коэффициента поглощения покрытия и производит расчет уровня «паразитной засветки», измеряемого в количестве фотонов на кв. мкм апертуры. Моделирование отражений при каждой встрече лучей с поверхностями бленды производится в соответствии с распределением Ламберта. Входными параметрами программного обеспечения являются геометрические характеристики и расположение диафрагм бленды, геометрические характеристики бленды, характеристики покрытия бленды и характеристики потока входных лучей.

$ I

1

т

Рис. 1. Общая схема конструкции бленды звездного датчика

*Исследования выполнены в рамках РБП 076 «Прикладные научные исследования в области космической деятельности, транспорта и коммуникаций».

Системы управления, космическая навигация и связь

Результаты оценки уровня «паразитной» засветки апертуры

Вариант Угол падения лучей, градусы Высоты диафрагм, см Радиус наружной поверхности 1-й и 5-й диафрагм, см Длина бленды, см Уровень «паразитной» засветки, количество фотонов на кв. мкм.

№ 1 25 [1.12; 1.95; 2.95; 2.5; 2.1] 7.775/3.1 14,6 500 000

30 [1.12; 1.95; 2.95; 2.5; 2.1] 7.775/3.1 14,6 10 000

35 [1.12; 1.95; 2.95; 2.5; 2.1] 7.775/3.1 14,6 2 530

40 [1.12; 1.95; 2.95; 2.5; 2.1] 7.798/3.171 14,6 1 080

№ 2 35 [0.817; 2.0; 2.80; 2.55; 2.104] 7.069/3.1 12,5 8 200

40 [0.817; 2.0; 2.80; 2.55; 2.104] 7.069/3.1 12,5 2 070

Для получения стабильного и наиболее приближенного к реальному результата при моделировании использовано 4 млн входных лучей, пятый порядок отражения, коэффициент отражения 2 %. В ходе моделирования рассматривалось два основных варианта бленды с различными геометрическими характеристиками и различными углами между источником излучения и оптической осью звездного датчика.

Результаты моделирования прохождения лучей для одного из вариантов бленды приведены на рис. 2.

D - I",": '»!:/ моделирование прохождения (сетевых W4BH через ь.-енц звездного еатчнщ

Uk ¿At ikrw [ГК01 1 ■ Оннпр jgindD* lidp

рПГЙА tr \ \!)t«/-a □ и ■ □

Рис. 2. Результат моделирования прохождения лучей в бленде при угле между источником излучения и оптической осью в 40 градусов

Результаты оценки уровня «паразитной» засветки приведены в таблице. Как видно по данным таблицы, приемлемый уровень «паразитной» засветки для первого варианта бленды наблюдается при угле между источником излучения и оптической осью звездного датчика 35 градусов и выше.

Второй вариант бленды позволяет получить уровень «паразитной» засветки, не превышающий допустимого значения при угле между источником излучения и оптической осью звездного датчика в 40 градусов и выше. При всех очевидных преимуществах первого варианта бленды она обладает большей массой и габаритными параметрами в сравнении со второй

блендой. Основываясь на полученных выводах, выбор конструкции бленды звездного датчика определен в пользу второго варианта бленды, так как он соответствует требованиям по предельному углу между оптической осью звездного датчика и источником излучения. Кроме того, использование второго варианта бленды позволит уменьшить общую массу звездного датчика без ухудшения его функциональных характеристик.

Таким образом, разработанное программно-математическое обеспечение моделирования прохождения лучей в бленде позволило провести выбор конструкции бленды звездного датчика и оценить ее эффективность.

Библиографические ссылки

1. Akhmedov D., Yelubayev S., Ten V., Albazarov B., Shamro A., Alipbayev K., Bopeyev T., Sukhenko A. Features of design and development of optical system for star tracker // Proceedings of SPIE Сonference «Sensors, Systems, and Next-Generation Satellites». Amsterdam, 2014 [Электронный ресурс]. URL: http://proceedings. spiedigitallibrary.org/proceeding.aspx?articleid=1916192.

2. Разработать математическое обеспечение и имитационную модель звездного датчика для космических аппаратов // Отчет о НИР / ДТОО «Институт космической техники и технологий», рук. М. М. Мол-дабеков. Алматы, 2012.

References

1. Akhmedov D., Yelubayev S., Ten V., Albazarov B., Shamro A., Alipbayev K., Bopeyev T., Sukhenko A. Features of design and development of optical system for star tracker // Proceedings of SPIE Сonference «Sensors, Systems, and Next-Generation Satellites». Amsterdam, 2014. Available at: http://proceedings. spiedigitallibrary.org/proceeding.aspx?articleid=1916192.

2. Razrabotat matematicheskoe obespechenie i imitacionnuu model zvezdnogo datchika dlya kosmicheskih apparatov // Otchet o NIR / AALR "Institute of space technique and technologies", ruk. M. M. Moldabekov. Almaty, 2012.

© Ахмедов Д. Ш., Елубаев С. А., Шамро А. В., Сухенко А. С., Алипбаев К. А., 2015