 |
1.4 Звездные датчики. 1.4.1 Обзор и анализ существующих конструкций. и промышленных моделей звездных датчиков
|
|
|
|
1. 4 Звездные датчики
Звёздный датчик— прибор в составе космического аппарата, предназначенный для определения ориентации и является чувствительным элементом системы управления космического аппарата. ЗД регистрирует изображение звездного неба, отождествляя наблюдающиеся звезды по звездным каталогам, определяет направление визирования и следовательно, ориентацию космического аппарата в пространстве. ЗД может выдавать управляющий сигнал для систем стабилизации космического аппарата.
Первые ЗД требовали исходную оценку пространственного положения курса других бортовых датчиков. В 1940х – начало 1950х ЗД находили применение в авиации и управлении ракетами для обеспечения астрономической ссылки на местонахождение и определение азимута, которые были известны в течении дня и ночи. В 1950х и 1960х годах ЗД использовались в сочетании с гироскопическими – стабилизирующими платформами для более точного выравнивания направления ракеты перед запуском. ЗД продолжают использоваться в качестве стабилизации околоземной орбиты, межпланетных спутников и космических кораблей. В связи с постоянным увеличением срока активного существования и предъявлением более сложных требований к выполнению заданий, в состав ЗД были включены твердотельные устройства распознавания изображений, такие как ПЗС и КМОП матрицы, которые в результате резко улучшили надежность и точность пространственной информации
Области применения звездных датчиков
Основными задачами, которые решаются системами ориентации космических и летательных аппаратов, являются:
1) собственно определение ориентации датчика — трех углов поворота относительно некоторой системы координат;
|
|
|
2) наведение некоторого устройства, установленного на КА, — антенны, солнечной батареи, пушки — в заданное направление. Эта задача близка к предыдущей, но требует точного перенесения ориентации от ЗД к устройству;
3) нанесение на некоторое изображение, например, изображение Земли, координатной сетки. Это типичная задача дистанционного зондирования Земли.
Дополнительными, но очень важными требованиями к перечисленным задачам являются точность определения координат, время за которое эти координаты определяются, а также предельные скорости вращения КА, при которых ЗД остается работоспособным. [4]
1. 4. 1 Обзор и анализ существующих конструкций
и промышленных моделей звездных датчиков
Широкопольные звездные датчики на базе ПЗС-матриц, определяющие параметры ориентации путем сравнения изображения наблюдаемого участка звездного неба с хранящимся в памяти бортового компьютера звездным каталогом, начали применяться как средство измерения параметров ориентации КА в конце 80-х гг. прошлого века.
Пионерами в этой области стали JPL (США), Officine Galileo (Италия), SODERN (Франция) и ИКИ АН СССР в кооперации с предприятием «Карл Цейсс Йена» (ГДР). Фирма SODERN в 1985 г. начала разработку звездного координатора SED12, основанного на ПЗС-матрице, для русско-французского проекта «Сигма». Конструктивно прибор состоял из двух блоков: оптического блока и блока электроники. Блок электроники имел два канала и мог функционировать с двумя оптическими блоками. Впервые прибор SED12 был установлен и выведен в космос в 1989 г. на советском спутнике «Гранат» и проработал в течение 10 лет до закрытия проекта. В дальнейшем он был использован на спутниках Helios-1, Helios-2 (французские спутники ДЗЗ), ODIN (шведский спутник), ENVISAT (европейский спутник, изучение окружающей среды). ИКИ АН СССР и «Карл Цейсс Йена» в середине 1980-х гг. разработали систему «Астро» для космической станции «Мир». Комплекс включал три цифровые телевизионные камеры на базе матричных ПЗС, три электронных блока обработки звездных снимков и общий электронный блок комплекса. Система «Астро» была установлена на станции в 1989 г. и успешно проработала в течение 11 лет вплоть до закрытия проекта. Кстати, станция «Мир» была успешно затоплена с использованием показаний системы «Астро». В настоящее время за рубежом насчитывается более 10 производителей звездных приборов, среди них: SODERN (Франция), Jena-Optronik (Германия), Galileo Avionica (Италия), Ball Aerospace (США), Goodrich (США), Terma (Дания, Германия, Нидерланды, Сингапур, США) и др., которые выпускают более 30 моделей звездных приборов различного типа и назначения. В России одной из организаций, производящей ЗД ориентации для КА, является ИКИ РАН. Эти приборы получили название блок определения координат звезд (БОКЗ). C середины девяностых годов институтом было изготовлено более 60 приборов БОКЗ (рис. 1. 4. 1) в различных модификациях, которыми были оснащены 14 КА. Среди них Международная космическая станция, аппараты серии «Ямал», «БелКА», «Ресурс-ДК»
|
|
|
Рис. 1. 4. 1. Внешний вид прибора БОКЗ-М
|
|
|
