Космическая техника. Космонавтика. Космические аппараты

Современные алгоритмы спутниковой навигации подвижных объектов используют или модификации метода наименьших квадратов (МНК) – для определения решения на текущий момент времени (мгновенное позиционирование), или варианты фильтра Калмана – для сглаживания траектории и устранения «выбросов» измерений. Точность позиционирования объекта при использовании последнего оказывается выше, чем в МНК, но требует знания уравнений движения конкретного объекта, что принципиально затрудняет использование калмановских навигационных алгоритмов для большинства подвижных объектов, когда неизвестны ни траектория движения, ни вид физической модели, ни характер действующих на объект возмущений и т.д. В связи с этим в статье задачу высокоточной нелинейной фильтрации навигационных параметров, инвариантной к виду и характеру движения объекта, предложено решать на основе комплексирования спутниковых и трекерных измерений, обеспечивающего при первичной обработке навигационных измерений исключение их наиболее существенных помех

Решена задача тесной интеграции инерциально-спутниковых навигационных систем на основе теории стохастической фильтрации без привлечения информации о модели объекта, характере его движения и т.д. Предложенные субоптимальные алгоритмы оценки, являясь инвариантными к модели объекта, обеспечивают устойчивое высокоточное оценивание навигационного вектора (и угловых, и линейных параметров движения) как при наличии спутниковых измерений, так и при их пропадании

В монографии рассмотрены вопросы, связанные с информационными технологиями и управляющими системами в различных областях деятельности. Монография предназначена для бакалавров направлений подготовки: 09.03.02 - Информационные системы и технологии, 27.03.04 - Управление в технических системах, 09.03.03 - Прикладная информатика; магистров направления подготовки 09.04.03 - Прикладная информатика; аспирантов направления подготовки 09.06.01 Информатика и вычислительная техника (профиль «Системный анализ, управление и обработка информации», профиль «Теоретические основы информатики»), а также для широкого круга специалистов в области информатики, системного анализа, управления и обработки информации.

Приведена классификация малых космических аппаратов по подклассам. Представлены систематизированные сведения об основных технико-экономических характеристиках малых космических аппаратов. Дан обзор областей использования малых космических аппаратов. Содержит дополнительные и уточненные сведения о малых космических аппаратах, появившиеся в открытой печати после выпуска в 2015 году издательством ОмГТУ справочного пособия «Малые космические аппараты».

Реализовано разрешение целочисленной неоднозначности псевдофазовых измерений при высокоточном абсолютном местоопределении потребителя в глобальных навигационных спутниковых системах (ГНСС). Рассмотрены детали алгебраических методов преодоления недостатка ранга, возникающего при использовании процедуры разрешения. Предложены и исследованы модели измерений на исходных частотах GPS и ГЛОНАСС. Показана особенность модели измерений ГЛОНАСС, связанная с частотным разделением каналов. Описан фильтрационный метод, позволяющий исключить влияние ионосферных задержек сигналов на оценки координат потребителя при обработке измерений на исходных частотах GPS и ГЛОНАСС.Продемонстрированосущественноеповышениеоперативностивысокоточногоместоопределенияпоизмерениям системы GPS за счет разрешения целочисленной неоднозначности псевдофазовых измерений. Для системы ГЛОНАСС приведены предварительные результаты. Проведено сравнение качества местоопределения потребителя при использовании разделенных спутниковых поправок, вычисленных по локальной и глобальной сетям наземных станций сбора измерений

Рассматриваются классические и новые актуальные задачи теории полета летательных аппаратов, включая ракеты-носители и космические аппараты, спускаемые аппараты, баллистические ракеты и их головные части, межпланетные аппараты, многоразовые космические транспортные системы, авиационно-ракетные комплексы воздушного старта и др. Показана связь оптимальных законов управления в модельных задачах баллистики с реальными алгоритмами наведения в системах управления летательных аппаратов. Подробно рассматриваются терминальные алгоритмы наведения для различных фаз траектории, от активного участка до спуска в атмосфере и посадки. Обсуждаются также принципы построения робастных алгоритмов наведения, способных адаптироваться к фактическим условиям полета. Книга является дополненной и расширенной версией изданной в 1982 г. книги автора «Баллистика летательных аппаратов».

Статья посвящена советскому ученому, одному из основоположников космонавтики. В начале XX века он рассчитал оптимальную траекторию полета к Луне. Эти расчеты были использованы NASA в лунной программе «Аполлон».

Рассмотрена задача Булгакова о максимизации евклидовой нормы решения линейной стационарной системы в фиксированный момент времени на множестве кусочно-непрерывных, ограниченных по модулю скалярных управлений. Предложен закон построения управления в виде функции от времени и состояния системы и сформулированы условия, при которых такое управление является решением рассмотренной задачи.

Приведены некоторые результаты, использующие данные с университетского космического аппарата "Татьяна-2". Получена оценка угла курса во время ориентации космического аппарата на Землю. Проведено сравнение прогнозируемого углового движения аппарата с данными телеметрии. Предложена модификация алгоритмов ориентации на Землю для малых космических аппаратов, повышающая точность ориентации при произвольном значении угла курса. Получена оценка возможности использования микровиброгироскопов в контуре управления ориентацией малых спутников.

На основе анализа математической модели выбраны оптимальные параметры тросовой системы раскрытия, обеспечивающие заданную последовательность фиксации многозвенной конструкции. В качестве показателя оптимизации используется критерий наименьших квадратов: рассогласование между относительными углами поворота звеньев, рассчитанными по модели и заданными из условия компоновки солнечной батареи. Учтены дополнительные углы поворота звеньев, вызванные деформациями тросов. Усилия в тросах получены в результате наземных испытаний по раскрытию солнечной батареи, выполненных на стенде на воздушной подушке.

Изложена концепция создания информационно-вычислительного комплекса имитационного моделирования в форме адекватного цифрового аналога пространственно-временной области баллистико-навигационного обеспечения функционирования орбитального сегмента спутниковых систем совместно с «дополнениями» и сопутствующими динамическими процессами, входящими в сферу интересов потребителей спутниковой навигационной информации.

Приводятся результаты моделирования влияния атмосферы на рассеяние отделяемых частей ракет космического назначения. Показано, что при использовании данных о фактическом и прогностическом состоянии атмосферы значения площади прогнозируемых районов падения отделяемых частей ракет уменьшаются практически в два раза.

В книге методами классической динамики с привлечением элементов аэродинамики автор оценивает возможности реализации космических полетов к некоторым большим планетам Солнечной системы и к Луне. Детально рассматриваются вопросы, связанные со стартом космического летательного аппарата (КЛА) с Земли, с облетом планет-целей и посадкой на них, а также с возвращением КЛА на Землю. В отдельной статье автора, приведенной в виде Приложения к книге, впервые высказана идея использования в космических полетах специальных модулей, пристыкованных к КЛА и спускаемых на поверхность планет-целей. Все теоретические рассуждения автора доведены до числа. Вычисления проведены для достаточно широкого диапазона значений скорости истечения реактивной струи из сопла реактивного двигателя КЛА.

Изложен ряд разделов динамики космического полета, необходимых для выполнения домашнего задания по курсу «Механика полета космических аппаратов». Предлагаемый теоретический материал и его приложения могут быть использованы в лекциях и упражнениях по соответствующему учебному курсу, а также могут представлять самостоятельный практический интерес для студентов и аспирантов при углубленном изучении курса «Механика полета космических аппаратов».

Рассмотрены вопросы получения основных интегралов дифференциальных уравнений невозмущенного движения космических аппаратов, проведен анализ уравнения Кеплера для различных типов орбит космических аппаратов, даны описания численных методов решения уравнения Кеплера и их сравнительный анализ.

Дано описание современных оптико-электронных систем дистанционного зондирования с искусственных спутников Земли: спутниковых метеорологических систем NOAA и MetOp; спутников серии EOS; спутников с аппаратурой высокого и сверхвысокого разрешения; российских спутников «Метеор-М», «Ресурс ДК-1», «Электро-Л» и «Канопус-В», а также современных спутниковых радиометров AVHRR, MODIS и ASTER.

Рассмотрены вопросы тепловых испытаний стержневых космических конструкций. Дано теоретическое обоснование условий испытаний. Для студентов вузов, обучающихся по направлению подготовки специалистов «Проектирование, производство и эксплуатация ракет и ракетно-космических комплексов» и направлениям подготовки магистров «Материаловедение и технология материалов», «Ракетные комплексы и космонавтика».

Изложены вопросы, касающиеся воздействия условий невесомости на физиологию космонавта. Рассмотрены профилактические мероприятия по поддержанию здоровья космонавтов, а также вопросы имитации невесомости в земных условиях и имитации силы тяжести в условиях космического пространства. Описаны особенности функционирования оборудования космического аппарата в условиях невесомости и способы передвижения космонавтов в космическом пространстве.

Представлены общие сведения о телеметрической системе малых космических аппаратов, описан порядок работы с программным приложением для анализа полного телеметрического пакета с космического аппарата отечественного производства. Приведены методы восстановления потерянных данных, раскрыта специфика алгоритма восстановления. Описан алгоритм работы с данными резервной телеметрической системы и особенности получения и обработки этих данных.

Представлены общие сведения о данных дистанционного зондирования Земли, типах применяемых для этой цели космических аппаратов и порядке осуществления приема данных наземной станцией с последующей обработкой специальными программными средствами. Приведены примеры использования полученной информации для проводимых исследований различной тематической направленности.

Рассмотрены основные характеристики невозмущенного движения космических аппаратов. Для студентов старших курсов МГТУ им. Н.Э. Баумана, изучающих дисциплину «Теория космического полета».

В методических указаниях содержатся учебные материалы: тексты на английском языке, словарные терминологические блоки, предтекстовые и послетекстовые лексико-грамматические упражнения, способствующие пониманию и осмыслению прочитанного, а также упражнения, направленные на развитие навыков перевода. Особое внимание уделено упражнениям на развитие навыков устной речи по профессиональной тематике.

Подробно рассмотрены особенности моделирования раскрытия крупногабаритных солнечных батарей (СБ) космических аппаратов и экспериментальной отработки их раскрытия. Приведены однофазные и многофазные схемы раскрытия СБ и модель установки элементов конструкции СБ на упоры и фиксаторы. Дан пример расчета трех кинематических схем раскрытия СБ.

Изложены основные вопросы теории и практики астрономической навигации космических аппаратов, связанные с изучением дисциплины «Системы управления движением и навигации космических аппаратов».

Изложены общие вопросы проектирования орбитальных станций (ОС), критерии рационального выбора их характеристик. Сформулированы основные требования, определяющие технический облик ОС; характеристики целевого оборудования, условия эксплуатации, схема полета, транспортно-техническое обеспечение и функционирование экипажа. Учебное пособие включает в себя три части. В первой части рассмотрены общие вопросы проектирования ОС. Во второй части пособия подробно освещены бортовые системы ОC. Третья часть пособия посвящена проектированию модулей ОС.

На примере проектирования шарикового замка, применяемого в системах разделения конструкций космических аппаратов, рассмотрены приемы построения электронных геометрических моделей и электронных расчетных схем для инженерного анализа элементов конструкций аэрокосмических систем. Приведены указания для самостоятельной работы студентов в пакетах SoildWorks, SolidWorks Motion и SolidWorks Simulation.

Изложены основы проектирования логических управляющих устройств для агрегатов и систем специального технологического оборудования. Приведены необходимые сведения по теории автоматов и алгебре логики. Рассмотрены различные типы автоматов, даны методики их синтеза. Необходимое внимание уделено реализации управляющих устройств на релейно-контактных схемах и полупроводниковых логических элементах. Описаны примеры по обеспечению безопасности при эксплуатации специального технологического оборудования стартовых комплексов.

Пособие содержит учебные материалы: тексты на английском языке, словарные терминологические блоки, предтекстовые и послетекстовые лексико-грамматические упражнения, способствующие пониманию и осмыслению прочитанного, а также упражнения, направленные на развитие навыков перевода. Особое внимание уделяется упражнениям для развития навыком устной речи по профессиональной тематике.

В первой части учебного пособия описаны устройство и функционирование бортовых источников питания, работающих на холодном газе, изложены основы их расчета и проектирования. Для студентов, изучающих дисциплины «Проектирование бортовых исполнительных систем» и «Проектирование энергетических установок ракетного оружия». Также будет полезно аспирантам и преподавателям, ведущим аудиторные занятия по этим дисциплинам.

В пособии рассмотрено последовательное решение задачи баллистического проектирования космического летательного аппарата (КЛА). В результате решения этой задачи определяют систему координат, в которой описывается движение КЛА, рассчитывают импульсы, необходимые для осуществления маневров КЛА. На основании этого осуществляется проектирование исполнительных органов систем управления движением КЛА, в том числе жидкостных ракетных двигателей малой тяги.

Рассмотрены вопросы расчета собственных колебаний конструкции космического летательного аппарата с применением метода синтеза форм колебаний в виде метода жестких границ по Крейгу — Бэмптону.

Приведен перечень и причины возникновения нештатных ситуаций на пилотируемых космических аппаратах. Дана классификация ситуаций по степени опасности для жизни и здоровья космонавтов применительно к основным системам корабля: корпусу, спускаемому аппарату, двигательной установке, системе электроснабжения, системе обеспечения жизнедеятельности, а также пиротехническим устройствам.

В пособии рассмотрены основные характеристики существующих и перспективных ракет-носителей космического назначения легкого, среднего и тяжелого классов. Описаны требования, предъявляемые к космическому аппарату со стороны ракеты-носителя.

Изложены особенности конструктивно-компоновочных и технологических решений активных зон, оборудования и элементов транспортных реакторных установок, предназначенных для использования на судах, космических аппаратах. Приведены особенности методики теплогидравлических расчетов в условиях естественной циркуляции водного теплоносителя в поле силы тяжести применительно к интегральным компоновкам оборудования первого контура. Приведены рекомендации по выбору компоновки тепловыделяющего модуля космической энергоустановки, выполняющей как функции двигателя прямого действия, так и функции источника энергии для бортовой газотурбинной установки (бимодальная установка).

В пособии изложены вопросы функционирования электрических и электронных систем на летательных аппаратах различного назначения. Рассмотрено общее устройство летательных аппаратов, особенности их эксплуатации в атмосфере и космическом пространстве. Отражены принципы управления аэродинамическими и космическими летательными аппаратами. Показано место, назначение и структурное построение отдельных функциональных систем. Также рассмотрены вопросы реализации современной концепции летательных аппаратов с полностью электрифицированным оборудованием.

Разработана модель процесса посадки многоразового космического аппарата. Предложен способ определения реакций связей между элементами механического посадочного устройства и корпусом аппарата. Приведены зависимости для определения силы взаимодействия тарели посадочного устройства с грунтом. Для наиболее критичного случая посадки аппарата на твердый мерзлый грунт представлены зависимости от времени характерных параметров, описывающих процесс посадки: параметры перегрузки, линейные и угловые скорости, клиренс, а также получены области устойчивости процесса посадки.

Разработана модель универсального наноспутника, предназначенного для электродинамического импульсного старта. Предполагаемая система запуска и стабилизации наноспутника одинаково эффективно работает в космическом пространстве и в атмосферах планет. Стабилизация наноспутника достигается исключительно за счет его формы, а не за счет вращения, что позволяет успешно выполнить целевую задачу.

Предложен подход к рациональному выбору энергетических характеристик амортизатора трансформируемого механического посадочного устройства возвращаемого космического аппарата в рамках конструктивных ограничений, а также ограничений по перегрузкам, клиренсу, устойчивости. Разработана модель динамики движения такого аппарата с момента контакта с посадочной поверхностью. Корпус возвращаемого космического аппарата и элементы его посадочного устройства рассматриваются как структурно сложная механическая система с внутренними связями.

Приведены результаты экспериментального и теоретического моделирования динамики раскрытия солнечных батарей различных кинематических схем, схемы экспериментальных установок. Выполнено сравнение результатов расчетов с экспериментально зафиксированными параметрами процесса. Отмечена хорошая сходимость, позволяющая сделать вывод о достоверности метода расчета.

Представлены результаты наблюдения сигналов глобальной навигационной спутниковой системы ГЛОНАСС с помощью программно-аппаратного комплекса, созданного на базе радиотелескопа РТ-7,5 МГТУ им. Н.Э. Баумана. Описаны методики калибровки измерительной системы с использованием радиоизлучения Солнца.

В работе представлены результаты выполненной НИИ Радиоэлектронной техники МГТУ им. Н.Э. Баумана разработки комплекса аппаратно-программных средств внешнетраекторных измерений высокодинамичных объектов. В комплексе реализован принцип определения параметров траектории объекта путем приема и обработки ретранслированных с борта объекта сигналов глобальных навигационных спутниковых систем.

Рассматривается механизм обеспечения единого времени, описывается его формальная модель, выводятся оценки времени распространения маркеров времени. Рассматривается работа в условиях сбоев в сети и приведено сравнение с результатами имитационного моделирования.

О развитии российской космонавтики в 1991-1993 гг.

О микроспутнике "Чибис-М", предназначенном для исследования гроз и молний в атмосфере Земли.

Интервью директора Института космических исследований РАН Льва Зеленого о сегодняшнем дне российской космонавтики.

О совместной работе российских космонавтов и американских астронавтов в драматические моменты на Международной космической станции (МКС).

О большом количестве космического мусора, появившегося за 50 лет освоения космического пространства.

О возможности производства и использования в России малых космических аппаратов.

Интервью директора Научно-исследовательского института аэрокосмического мониторинга "Аэрокосмос" В. Г. Бондура об использовании в мониторинге и прогнозировании природных и техногенных катастроф космических методов и технологий.

Как преодолеть отставание в космической технике и технологии.