Система магнитного плазменного тормоза для нано- и микроспутников с помощью магнитных катушек

Такая Инамори; Рей Кавашима; Нобутада Сако; Пхонгсаторн Саисутярит; Синити Накасука

Таким образом, дальнейшее исследование решения задачи оценки надёжности сложной системы на примере СМКА SibCube целесообразно выполнять на основе применения логико-вероятностного метода с вариантами его модификации и дополнения.

Библиографические ссылки

1. Пятков А. Г. Методы анализа надёжности космических аппаратов // Актуальные проблемы авиации и космонавтики : материалы XI Междунар. науч.-практ. конф. (апрель 2015, г. Красноярск) : в 2 ч. / под общ. ред. Ю. Ю. Логинова ; Сиб. гос. аэрокосмич. ун-т. Красноярск, 2015. С. 139-142.

2. «SibCube» - проект студенческого космического аппарата СибГАУ класса Cube SAT / Д. М. Зуев, А. Г. Пятков и др. // Вестник СибГАУ. 2014. № 4 (56). С. 160-166.

3. Пятков А. Г. О надёжности информационных каналов для концептуальной схемы БКУ // Молодежь. Общество. Современная наука, техника и инновации : материалы XIV Междунар. науч.-практ. конф. (май

2015, г. Красноярск) / Сиб. гос. аэрокосмич. ун-т. Красноярск, 2015. С. 147- 149.

References

1. Piatkov A. G. [Methods of space vehicles reliability analysis] Materialy XI Mezhdunar. nauch.prekt. konf. "Aktual'nye problemy aviacii i kosmonavtiki" [Materials XI Intern. Scientific. Conf "Relevant problems of aviation and space exploration"]. Krasnoyarsk, 2015, p. 139-142. (In Russ.)

2. Zuev D. M., Piatkov A. G. [«SibCube» project -CubeSat satellite of SibSAU student]. Vestnik SibGAU. 2014, no. 4, p. 160-166. (In Russ.)

3. Piatkov A. G. [About the reliability of information links for a conceptual schema of onboard control complex] Materialy XVI Mezhdunar. nauch.prekt. konf. "Molodezh'. Obshchestvo. Sovremennaya nauka, tekhnika i innovacii" [Materials XVI Intern. Scientific. Conf "LAPROCOM"]. Krasnoyarsk, 2015, p. 147-149.

УДК 629.78

СИСТЕМА МАГНИТНОГО ПЛАЗМЕННОГО ТОРМОЗА ДЛЯ НАНО- И МИКРОСПУТНИКОВ С ПОМОЩЬЮ МАГНИТНЫХ КАТУШЕК

Такая Инамори1, Рей Кавашима1, Нобутада Сако2, Пхонгсаторн Саисутярит3, Синити Накасука1

1 Токийский университет, Япония

2Кэнон электроникс, Япония

3Технологичекий нститут короля Монгкута, Таиланд E-mail: [email protected], [email protected]

Изложен новый способ торможения для наноспутников с помощью магнитных катушек. На спутниках установлены магнитные катушки для системы ориентации, которые могут быть использованы для торможения и, таким образом, не нуждаются в установке дополнительного оборудования.

Ключевые слова: нано- и микроспутники, магнитная катушка, система торможения, плазменный тормоз, космическая плазма.

MAGNETIC PLASMA DE-ORBIT SYSTEM FOR NANO- AND MICRO-SATELLITES USING

ELECTROMAGNETIC COILS

Takaya Inamori1, Rei Kawashima1, Phongsatorn Saisutjarit2, Nobutada Sako3, Shinichi Nakasuka 1

University of Tokyo, Japan 2Canon Electronics Inc., Japan 3King Mongkut's Institute of Technology, Thailand E-mail: [email protected], [email protected]

We propose a magnetic plasma de-orbit (MPD) system using magnetic torquers (MTQs) for inducing de-orbit of nano- and micro-satellites. The MPD system utilizes a drag force caused by the interaction between in-orbit space plasma and MTQs for attitude control. Because most nano- and micro-satellites utilize MTQs for their attitude control, no additional thrusters and structures for de-orbit will need to be installed. The present study assesses duration required for the MPD to achieve de-orbit using a plasma drag force model.

Keywords : Nano- and micro-satellites, MTQ, de-orbit system, magnetic plasma de-orbit, space plasma.

В последние годы было запущено много нано-(1-10 кг) и микроспутников (10-100 кг) для астрономических наблюдений и дистанционного зонди-

рования Земли. Главные преимущества данных спутников - низкая стоимость и короткие сроки разработки [1-3].

*Работа выполнена при поддержках KAKENHI (грант 15K18281).

Решетнеескцие чтения. 2015

Рис. 1. Результат моделирования силы плазменного сопротивления методом частиц в ячейках (Т. !пашоп й а1., 2015)

Рис. 2. Результат моделирования магнитного плазменного тормоза (T. Inamori et al., 2015)

б

а

У этих спутников обычно нет системы торможения из-за ограничений по массе, стоимости и потребляемой мощности. Выведенные из эксплуатации спутники представляют серьезную опасность для работающих космических аппаратов. Несколько тормозных систем было предложено в предыдущем исследовании, например, аэродинамическое торможение и система торможениея с помощью двигателей. Из-за ограничений по массе спутника, его стоимости и потребляемой мощности предложенные методы сложно использовать в случае нано- и микроспутников. В работе изложен новый способ торможения для на-носпутников с помощью магнитных катушек. На спутниках установлены магнитные катушки для системы ориентации, которые могут быть использованы для торможения и, таким образом, не нуждаются в установке дополнительного оборудования. В предлагаемом методе магнитный дипольный момент катушки за счет взаимодействия с космической плазмой создает силу сопротивления на низкой околоземной орбите, на рис. 1 показан результат моделирования силы плазменного сопротивления методом частиц в ячейках. Расчет показывает, что спутник на низкой орбите испытывает силу сопротивления 1 цН с моментом 30 Ам2. На рис. 2 показан результат модели-

рования магнитного плазменного тормоза, из которого видно, что спутник через 10 лет после разворачивания магнитного паруса должен сгореть на низкой орбите. Предлагаемая система позволит нано- и микро-спутникам уменьшать скорость без дополнительных систем торможения.

Библиографические ссылки

1. Инамори Т., Кавасима Р., Саисутярит П., Сакко Н., Охсаки Х. Система магнитного плазменного тормоза с помощью MTQs для нано-спутников // 5-й симпозиум наноспутников. Токио, Япония, 2013.

2. Инамори Т., Кавасима Р., Саисутярит П., Сако Н., Фунасе Р., Накасука С. Система магнитного плазменного тормоза для нано- и микроспутников с помощью большой магнитной катушки 2015-D-63 // 27-й Международный симпозиум по космической науке и технике (ISTS), Кобе, Япония, 2015.

3. Инамори Т., Кавасима Р., Саисутярит П., Сакко Н., Охсаки Х. Система магнитного плазменного тормоза для нано- и микроспутниковс помощью MTQs с космической плазмой на низкой околоземной орбите // Acta Astronautica, Elsevier. 2015. Т. 112. С. 192-199.

References

1. Inamori T., Kawashima R., Saisutjarit P., Sako N., and Ohsaki H. Magnetic plasma de-orbit (MPD) system using MTQs for nano-satellites. The 5th Nano-Satellite Symposium, Tokyo, 2013.

2. Inamori T., Kawashimal R., Saisutjarit P., Sako N., Funase R., Nakasuka S., Magnetic Plasma De-Orbit System for Nano- and Micro-Satellites using a Large Magnetic Torquer, 2015-d-63, The 27th International

Symposium on Space Technology and Science (ISTS), Kobe, Japan, 2015.

3. Inamori T., Kawashima R., Saisutjarit P., Sako N., Ohsaki H. Magnetic plasma de-orbit system for nano- and micro-satellites using magnetic torquer interference with space plasma in low Earth orbit", Acta Astronautica, Elsevier, Vol. 112, pp. 192-199, 2015.

УДК 681.3:629.7

КОМПЬЮТЕРНАЯ МОДЕЛЬ БКУ-СНК ДЛЯ СВЕРХМАЛОГО КОСМИЧЕСКОГО АППАРАТА

В. Х. Ханов*, А. В. Шахматов, С. А. Чекмарёв, Т. В. Бородина

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

Е-шаП: [email protected]

Представлена компьютерная модель бортового комплекса управления типа «система на кристалле» для сверхмалого космического аппарата. Модель основана на заимствованных компонентах, а также №-блоках собственной разработки. В отличие от архитектуры целевой системы, ее модель не включает только аналоговые модули.

Ключевые слова: сверхмалые космические аппараты, бортовой комплекс управления, системы на кристалле.

COMPUTER MODEL OF CONTROL AND DATA HANDLING FOR ON-CHIP SYSTEM

FOR ULTRA-SMALL SPACECRAFT

V. Kh. Khanov*, A. V. Shakhmatov, S. A. Chekmarev, T. V. Borodina

Reshetnev Siberian State Aerospace University 31, Krasnoyarsky Rabochy Av., Krasnoyarsk, 660037, Russian Federation. E-mail: [email protected]

The paper presents a computer model of SoCcontrol and data handling for ultra-small spacecraft. The model is based on borrowed components, and IP-blocks of own development. In contrast to the architecture of the target system, its model does not include only analogue modules.

Keywords: ultra-small spacecraft, control and data handling, system on chip.

Ранее в работе [1] представлена модель бортового комплекса управления (БКУ) для малых и сверхмалых космических аппаратов, разработанная на базе процессорного ядра LEON 3 [2] и других открытых IP-блоков.

В данной работе представлена новая модель БКУ типа «система на кристалле» (БКУ-СнК), которая в отличие от аналога имеет более высокую степень интеграции систем и устройств; основана на двух ПЛИС (цифровой и аналогово-цифровой), связанных сетью Space Wire [3]; использует IP-блоки собственной разработки.

Компьютерная модель БКУ-СнК реализована на языке VHDL [4] в виде тестового стенда (testbench), представленного на рисунке, в среде ModelSim. В её состав входят следующие открытые IP-ядра из библиотеки GRLIB [5]: процессор LEON3, AHB-контроллер, отладочный интерфейс DSU; контроллер памяти (memctrl); блок таймеров (grtimer); контроллер прерываний (IRQ controller); AHB/APB мост; интерфейсы ввода/вывода (SPWLight; I2Cmst; SPIctrl; UART; AHBUART); блоки памяти (RAM; PROM). Единственным заимствованным открытым блоком не из GRLIB является кодек SpaceWireLight [6].

Исследование проводилось при поддержке Министерства образования и науки Российской Федерации в соответствии с соглашением № 14.574.21.0041, уникальный идентификатор ММЕП57414Х0041.

MAGNETIC PLASMA DE-ORBIT SYSTEM FOR NANO- AND MICRO-SATELLITES USING ELECTROMAGNETIC COILS

Текст научной работы на тему «Система магнитного плазменного тормоза для нано- и микроспутников с помощью магнитных катушек»