Разработка исполнительных органов активной магнитной системы ориентации для студенческого наноспутника SibCube класса CubeSAT Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

Решетневскуе чтения. 2014

spluatatsiya kosmicheskih apparatov i sistem : sb. III Nauchno-tehnicheskoy konferentsii molodyih spetsial-istov OAO «ISS». ISS, Zheleznogorsk, 2014, p. 29-30.

6. Hanov V. H., Shahmatov A. V., Chekmarev S. A., Vergazov M. Yu., Lukin F. A. Razrabotka apparaturyi

sistemyi informatsionnogo obmena bortovogo kompleksa upravleniya malogo kosmicheskogo apparata. Vestnik SibGAU, 2013, no. 3 (49), p. 149-153.

© Зуев Д. М., Пятков А. Г., Мовчан П. В., 2014

УДК 629.7.05

РАЗРАБОТКА ИСПОЛНИТЕЛЬНЫХ ОРГАНОВ АКТИВНОЙ МАГНИТНОЙ СИСТЕМЫ ОРИЕНТАЦИИ ДЛЯ СТУДЕНЧЕСКОГО НАНОСПУТНИКА SIBCUBE КЛАССА CUBESAT

А. С. Костюков, Д. М. Зуев, С. А. Бабич

Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева Российская Федерация, 660014, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31

E-mail: [email protected]

Предложена конфигурация и проведены расчеты параметров исполнительных органов активной магнитной системы ориентации для наноспутника SibCube. Проведено сравнение с исполнительными органами других аппаратов класса CubeSAT.

Ключевые слова: CubeSAT, наноспутник, система ориентации, активная магнитная система ориентации.

DEVELOPING ACTUATORS OF ACTIVE MAGNETIC ATTITUDE CONTROL SYSTEM FOR STUDENT CUBESAT CLASS SPACECRAFT "SIBCUBE"

A. S. Kostyukov, D. M. Zuev, S. A. Babich

Siberian State Aerospace University named after academician M. F. Reshetnev 31, Krasnoyarsky Rabochy Av., Krasnoyarsk, 660014, Russian Federation E-mail: [email protected]

The magnetorquer system for the CubeSAT nanosatellite «SibCube» is proposed. The most profitable configuration is assumed as well as the technical characteristics and the temperature deflection of the selected configuration are calculated. Obtained results are compared with the other CubeSAT nanosatellite.

Keywords: CubeSAT, nanosatellite, magnetorquer system, altitude control system, active magnetic altitude control.

Система ориентации (СО) является одной из важнейших систем космического аппарата (КА). Данная система выполняет функцию обеспечения заданного углового движения путем задания углового ускорения относительно центра масс. Стабилизация и ориентация аппарата являются важными условиями для его работы и полезной нагрузки [1].

В последние годы набирают популярность нанос-путники класса СиЪе8ЛТ, отличительной чертой этих аппаратов являются малый размер и масса (10^10x10 см, 1,3 кг). Для аппаратов подобного рода остро стоит вопрос о необходимости минимизации исполнительных органов СО и низком энергопотреблении.

Наиболее подходящим вариантом активной СО для КА класса СиЪе8ЛТ, не требующего высокоточной ориентации, является активная магнитная СО (АМСО). АМСО способна обеспечить точность порядка 1-10°. В нашем случае используются магнитные исполнительные органы в виде катушек (КМИО), где магнитный момент формируется путем протекания через катушку электрического тока.

Для аппарата «8ШСиЪе» была выбрана конфигурация исполнительных органов в виде прямоугольных КМИО размером 80x96x10 мм, которые должны располагаться на внешней поверхности аппарата, что позволяет увеличить площадь КМИО и не занимать внутренний объем аппарата. Размеры выбраны так, чтобы КМИО имел максимально возможную площадь, которую позволяет внешнее крепление, что дает возможность увеличить магнитный момент без увеличения тока для повышения эффективности использования потребляемой мощности. Верхняя сторона КМИО имеет выемку для закрепления панели фотопреобразователей (ФП). Для намотки предполагается использовать провод ПЭТВ2 (ГОСТ 10519). При расчете использовалась модель, представленная в [2-3]. Конструкцию каркаса КМИО можно видеть на рис. 1, полностью собранную конструкцию на рис. 2.

Расчет производился для потребляемых мощностей 1 и 0,5 Вт. Диаметр сечения подбирался для обеспечения массы обмотки не более 50 г при максимальном магнитном моменте. Исходя из требуемого количества витков и диаметра были найдены габари-

Малые космические аппараты: производство, эксплуатация и управление

ты каркаса для намотки (сторона корпуса А и В). Полученные параметры исполнительных органов приведены в табл. 1.

Рис. 1. Каркас КМИО

Рис. 2. Собранный КМИО с панелью ФП

Во время работы возможны колебания температуры КМИО от -70 до 120 °С, что изменяет рабочие характеристики вследствие температурного изменения сопротивления. Температурные колебания характеристик представлены в табл. 2.

Сравнение разработанных КМИО с КМИО других аппаратов класса СиЬе8ЛТ представлено в табл. 3 [2-3].

Таблица 1

Физико-технические характеристики исполнительных органов АМСО

По полученным данным видно, что разработанные КМИО АМСО обладают значительно большим магнитным моментом при большей мощности и средней площади витка.

Таблица 2

Температурные колебания характеристик

Мощность, Вт 1 0.5

Диаметр с изоляцией, мм 0,297 0.252

Сопротивление при -70 °С, Ом 16,45 32.9

Сопротивление при 20 °С, Ом 25 50

Сопротивление при 120 °С, Ом 34,5 69

Маг. момент при -70 °С, А-мм2 0,613 0,432

Маг. момент при 20 °С, А-мм2 0,404 0,285

Маг. момент при 120 °С, А-мм2 0,292 0,206

Таблица 3

Сравнение АМСО SibCube и других аппаратов класса CubeSAT

Параметры сравнения SibCube AAU CubeSAT OUTFI-2

Масса, г 48 20 50

Диаметр с изоляцией, мм 0,297 0,167 0,22

Маг. момент, А*мм2 0,404 0,074 0,112

Ток, А 0,2 0,025 0,033

Мощность, Вт 1 0,125 0,1

Средняя площадь, мм2 6888 7496 5618

Проведен расчет КМИО АМСО для сверхмалого космического аппарата «SibCube» для мощности 1 и 0,5 Вт. Выполнен расчет отклонений характеристик при изменении температуры. Предложена конструкция КМИО АМСО для забортного крепления на аппараты класса CubeSAT. Выполнено сравнение с другими аппаратами класса CubeSAT.

Библиографические ссылки

1. Овчинников М. Ю. Системы ориентации спутников: от Лагранжа до Королева // Соросовский образовательный журнал. 1999. № 12. С. 91-96.

2. Torben Graversen Attitude Control system for AAU CubeSat [Электронный ресурс]. URL: http://www.space.aau.dk/cubesat/dokumenter/acs_report. pdf (дата обращения: 03.09.2014).

3. Vincent Francois-Lavet Study of passive and active attitude control systems for OUFTI nanosatellites. Master thesis, University of Liege, 2009-2010.

References

1. Ovchinnikov M. Yu. Attitude control system of satellites: from Lagranzh to Korolev. Sorosovskiy obra-zovatel'nyy zhurnal, 1999, № 13, p. 91-96 (In Russ).

2. Torben Graversen Attitude Control system for AAU CubeSat. Available at: http://www.space.aau.dk/cubesat/ dokumenter/acs_report.pdf (03.09.2014).

3. Vincent Francois-Lavet Study of passive and active attitude control systems for OUFTI nanosatellites. Master thesis, University of Liege, 2009-2010.

© Костюков А. С., Зуев Д. М., Бабич С. А., 2014

Мощность, Вт 1 0.5

Диаметр жилы, мм 0,265 0,224

Диаметр с изоляцией, мм 0,297 0,252

Сечение жилы, мм2 0,055 0,039

Ток, А 0,2 0,1

Длина провода, м 97,5 139,4

Масса, г 48 49

Кол-во витков 293 424

Сторона корпуса Л, мм 86 84

Сторона корпуса В, мм 70 68

Маг момент, А*м2 0,404 0,285

Индуктивность, мГн 2,4 3,6