И. А. Кудрявцев
Радиотехнические комплексы контроля полёта и управления
микро/наноспутников
Электронный конспект лекций
САМАРА
2010
Автор: КУДРЯВЦЕВ Илья Александрович
Конспект лекций по дисциплине «Радиотехнические комплексы контроля полёта и
управления микро/наноспутников» рассчитан на ознакомление с основами разработки
электронных систем технологического назначения, приме11яемых в
- и
наноспутниках. <...> Приборы ориентации по Земле по функциональному назначе
нию, возможностям и особенностям применения можно разделить на
три типа:
- датчики наличия Земли (ДНЗ);
- построители местной вертикали (ПМВ);
-
измерители угла отклонения. <...> РАСЧЕТ ОСВЕЩЕННОСТИ ИНФРАКРАСНОГО ДАТЧИКА
В качестве естественных помех для приборов ориентации по
Земле могут выступать Солнце и Луна. <...> Мощность, сосредоточенную в диа
пазоне от 7 до 16 мкм можно найти из закона Планка:
U(X,T) =
2тг h с
2
1
he
е
Xк Т
,
—1
Чтобы найти освещенность, создаваемую в точке приема, необ
ходимо проинтегрировать вышеприведенное выражение по диапазону
длин волн примененного датчика, умножить на площадь видимой по
верхности и разделить на квадрат расстояния от датчика до Солнца. <...> По теореме синусов
Л
R3 +h „
= asin
sin(r^)
,
14
J
Видимый сектор земной поверхности:
'
i ~
('^обз i ~ ^^обз
Видимая поверхность Земли - это круг радиусом
a^J^-r^
с
площадью
2Tr-R3^-(l-cos((^jj|
Расстояние от датчика до края такого "диска" равно:
R3
Освещенность датчика, направленного вертикально на землю:
л
ч W-
^Зн = ( ^ 2 ~ М ) Ч '
Освещенность, создаваемая Землей, в случае, когда датчик направ
лен на горизонт
Рисунок 8 - Углы и расстояния, образующиеся при направлении дат
чика на видимый земной горизонт
Часть поверхности Земли, «видимая» датчиком, представляет
собой пересечение сферы земного радиуса с круговым конусом, обра-
зованным вращением апертуры датчика вокруг оси, соединяющей
МКА с точкой горизонта Земли. <...> Существует несколько разновидностей этих языков: AHDL, VHDL,
VerilogHDL, Abel и др. <...> Одним из наиболее универсальных <...>
Радиотехнические_комплексы_контроля_полета_и_управления_микро-наноспутников_[Электронный_ресурс].pdf
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ
ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ
ВБ1СШЕГ0 НРОФЕССИОНАЛБНОГО ОБРАЗОВАНИЯ
«САМАРСКИЙ Г0СУДАРСТВЕННБ1Й АЭРОКОСМИЧЕСКИЙ
УНИВЕРСИТЕТ ИМЕНИ АКАДЕМИКА С.Н. КОРОЛЕВА
(НАЦИ0НАЛБНБ1Й ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ)»
И. А. Кудрявцев
Радиотехнические комплексы контроля полёта и управления
микро/наноспутников
Электронный конспект лекций
САМАРА
2010
Стр.1
Автор: КУДРЯВЦЕВ Илья Александрович
Конспект лекций по дисциплине «Радиотехнические комплексы контроля полёта и
управления микро/наноспутников» рассчитан на ознакомление с основами разработки
электронных систем технологического назначения, приме11яемых в
- и
наноспутниках.
Электронный конспект лекций предназначен для магистрантов, обучающихся по
магистерской программе «Космические информационные системы и наноспутники.
Навигация и дистанционное зондирование» по направлению 010900.68 «Прикладные
математика и физика».
Электронный конспект лекций разработан на межвузовской кафедре космических
исследований.
© Самарский государственный
аэрокосмический университет, 2010
Стр.2
Радиотехнические комплексы контроля полета и управления
мнкро и наноспутннкамн
Курс рассчитан на ознакомление с основами разработки электронных
систем технологического назначения, применяемых в
- и наиосиутииках.
Прежде всего необходимо отметить, что все спутники несут определенную
функциональную нагрузку, например, спутники связи, навигациопные
спутники, сиутпики для проведения научных экспериментов и т.д. Диапазон
применений практически не ограничен и расширяется с каждым годом вместе
с совершенствованием спутниковых технологий. В этой сптуацип микроспутники
имеют практическое препмуш;ество, выражающееся в относительно
низкой стоимости производства, запуска (как попутный груз) и эксплуатации.
Вместе с тем имеются и недостатки, в частности, малые габариты не позволяют
обеспечить спутник значительной энергетикой, что ограничивает
спектр применений, а запуск в виде попутной нагрузки сужает выбор орбит.
Учитывая указанные особенности, разработчики мпкроспутников в настоящее
время чаще всего ориентируют их на образовательные цели, проведение
научных экспериментов и отработку технологических аспектов создания космической
аппаратуры.
Для решения практических задач от спутника обычно требуется обеспечение
следующих функций (и соответствующих систем):
1. Управляемая ориентация в пространстве;
2. Наличие телекоммуникационных средств для управления и передачи
информации на Землю;
3. Наличие энергосистемы.
Эти функции возлагаются на технологические системы спутника и их
обеспечение требует от разработчика решения целого ряда технических вопросов,
в том числе и специфических для надежной эксплуатации оборудования
в условиях вакуума и невесомости.
Ориентация в пространстве
Для решения многих задач необходима управляемая извне или автоматическая
ориентация спутника по отношению к Земле и Солнцу. Не затрагивая
вопросов создания спутников с автономными двигательными установками,
а также системы пассивной ориентации, можно выделить два типа систем
ориентации: на основе маховиков (reaction wheels) и магнитные системы с
использованием магнитного поля Земли. Последний вариант обычно реализуется
для относительно иизкоорбптальных спутников, находящихся в зоне
сколько-нибудь заметного магнитного поля Земли. С точки зрения разработчика
радиоэлектронных управляющих комплексов реализация системы ориентации
обоих типов может быть разбита на две отдельных задачи:
- Определение текущей ориентации объекта;
- Изменение текущей ориентации объекта.
Первая задача решается с помощью разнообразных датчиков, из которых
наибольшее распространение нашли звездные датчики, датчики солнца.
Стр.3