×
04.04.2018
218.016.3663

СПОСОБ ОРИЕНТАЦИИ КОСМИЧЕСКОГО АППАРАТА В СОЛНЕЧНО-ЗЕМНОЙ СИСТЕМЕ КООРДИНАТ

Вид РИД

Изобретение

Юридическая информация Свернуть Развернуть
Краткое описание РИД Свернуть Развернуть
Аннотация: Изобретение относится к управлению ориентацией космических аппаратов (КА), осуществляемой в солнечно-земной системе координат. Способ включает ориентацию первой оси КА на Землю путем разворотов вокруг второй и третьей осей КА с помощью электромеханических исполнительных органов. При отсутствии тени Земли управляющие воздействия вокруг второй оси КА формируют по информации с прибора ориентации на Землю, а относительно третьей оси КА - по информации с прибора ориентации на Солнце. Техническим результатом изобретения является уменьшение погрешности ориентации КА на Землю. 3 ил.
Реферат Свернуть Развернуть

Изобретение относится к области космической техники и может быть использовано на космических аппаратах, ориентированных в солнечно-земной системе координат, для уменьшения погрешности ориентации космического аппарата (КА) на Землю.

Известен способ ориентации космического аппарата в солнечно-земной системе координат, включающий ориентацию первой оси космического аппарата на Землю путем разворотов относительно второй и третьей осей по информации с прибора ориентации на Землю (ПОЗ) с использованием электромеханических исполнительных органов (ЭМИО), ориентацию панелей солнечных батарей (СБ) на Солнце разворотом космического аппарата относительно первой оси до совмещения второй оси КА с плоскостью Солнце - космический аппарат - Земля по информации с прибора ориентации на Солнце (ПОС), установленного на корпусе КА, с использованием ЭМИО и разворот панелей СБ вокруг оси, параллельной третьей оси КА, до совмещения нормали к поверхности солнечных батарей с направлением на Солнце с использованием привода СБ [Космические вехи: сборник научных трудов, посвященный 50-летию создания АО «ИСС» имени академика М.Ф. Решетнева. - Красноярск: ИП Суховольская Ю.П., 2009. с. 129-130].

При ориентации КА в солнечно-земной системе координат, когда Солнце лежит в плоскости орбиты, угол Солнце - космический аппарат (объект) - Земля (СОЗ) может на одном витке меняться от 0 до 180°. Поэтому, для обеспечения ориентации космического аппарата на Солнце относительно первой оси КА необходима информация об отклонении плоскости, проходящей через первую и вторую оси КА от направления на Солнце в диапазоне углов СОЗ от α3 до 180°, где α3 - половина углового размера Земли (теневой участок от Земли).

Для обеспечения захвата Солнца при его начальном поиске, поле зрения прибора ориентации на Солнце по одной из координат должно быть не менее 180°. ПОС устанавливается на космический аппарат таким образом, чтобы обеспечить начальную ориентацию и ориентацию КА в солнечно-земной системе координат.

Поле зрения прибора ориентации на Солнце показано на фиг. 1,

где:

S - направление на Солнце;

αs - угол между второй осью КА и направлением на Солнце;

ППОС - поле зрения прибора ориентации на Солнце;

СОЗ - угол Солнце - космический аппарат (объект) - Земля;

OXYZ - система координат, связанная с космическим аппаратом (ОХ - первая ось КА; OY - вторая ось КА; OZ - третья ось КА);

О - центр масс космического аппарата.

В настоящее время, для обеспечения ориентации КА на Землю в солнечно-земной системе координат, достаточно широко применяются инфракрасные двухканальные приборы ориентации на Землю с плоским сканированием.

Поля сканирования такого прибора ориентации на Землю показаны на фиг. 2,

где:

ϕпоз - угол ориентации относительно оси OY (второй оси) по информации с ПОЗ;

θпоз - угол ориентации относительно оси OZ (третьей оси) по информации с ПОЗ.

Если поля сканирования ПОЗ перпендикулярны плоскости XOY, то погрешность определения ориентации таким ПОЗ относительно оси OZ (θпоз) существенно больше, чем погрешность ориентации относительно оси OY (ϕпоз) (не более 3' относительно оси OY, не более 10' относительно оси OZ).

Основным недостатком способа ориентации в солнечно-земной системе координат, описанного выше, является то, что при ориентации относительно третьей оси КА (оси OZ) на Землю погрешность информации с ПОЗ существенно больше, чем относительно второй оси КА (оси OY).

Выход из сложившейся ситуации может быть следующим.

На фиг. 3 показано поле зрения ПОС в плоскости, проходящей через первую и вторую оси, при отклонении первой оси от направления на центр Земли по одной из координат на угол Δθ (отклонение по второй координате Δϕ равно нулю),

где:

S - направление на Солнце;

αs - угол между второй осью КА и направлением на Солнце;

α3 - половина углового размера Земли (теневой участок от Земли);

ППОС - поле зрения прибора ориентации на Солнце;

СОЗ - угол Солнце - космический аппарат (объект) - Земля;

Δθ - угол отклонения оси ОХ от направления на центр Земли в плоскости XOY;

OXYZ - система координат, связанная с космическим аппаратом (ОХ - первая ось КА; OY - вторая ось КА; OZ - третья ось КА);

О - центр масс космического аппарата.

ОХо - направление, проходящее через центр Земли.

Угол отклонения оси ОХ (первой оси) от направления, проходящего через центр Земли в плоскости XOY, можно получить следующим образом:

где:

Δθ - угол отклонения оси ОХ от направления на центр Земли в плоскости XOY;

СОЗ - угол Солнце - космический аппарат (объект) - Земля, вычисляемый программным обеспечением КА (погрешность вычисления угла СОЗ не превышает 1');

αs - угол между осью OY и направлением на Солнце, измеряемый ПОС.

Таким образом, если отсутствует тень Земли, то ориентацию КА по каналу OZ на Землю можно осуществлять по информации с ПОС.

Обычно приборы ориентации на Солнце имеют погрешность ориентации порядка 1', в то время как инфракрасные приборы ориентации на Землю имеют погрешность по каналам ориентации от 3' до 10'.

Погрешность ориентации КА относительно оси OZ складывается из следующих составляющих:

- погрешность определения установки прибора не превышает 0,5'(измеряется положение системы координат прибора относительно базовой системы координат при изготовлении КА);

- погрешность установки прибора, обусловленная температурными деформациями, не превышает 1';

- погрешность установки прибора, обусловленная воздействием факторов эксплуатации, не превышает 1';

- погрешность определения угла СОЗ не превышает 1';

- погрешность схемы управления не превышает 0,5';

- погрешность от вращения панелей СБ не превышает 0,5';

- погрешность прибора не превышает: 1' (ПОС), 10' (ПОЗ).

Среднеквадратичная погрешность ориентации относительно оси OZ при управлении по информации с ПОС не превышает 2,2'.

Среднеквадратичная погрешность ориентации относительно оси OZ при управлении по информации с ПОЗ не превышает 10,2'.

Таким образом, можно утверждать, что при ориентации космического аппарата в солнечно-земной системе координат погрешность ориентации относительно первой и третьей осей КА будет фактически определяться погрешностью ПОС, а погрешность ориентации относительно второй оси КА будет фактически определяться погрешностью ПОЗ. То есть максимальная погрешность ПОЗ по каналу θ заменяется погрешностью ПОС и погрешностью определения угла СОЗ, при этом максимальная погрешность ориентации на Землю фактически уменьшается в два раза.

Наиболее близким к заявляемому решению по технической сущности и достигаемому техническому результату является способ ориентации космического аппарата в солнечно-земной системе координат, включающий ориентацию первой оси космического аппарата на Землю путем разворотов относительно второй и третьей осей по информации с прибора ориентации на Землю с использованием электромеханических исполнительных органов, ориентацию панелей солнечных батарей на Солнце разворотом космического аппарата относительно первой оси до совмещения второй оси КА с плоскостью Солнце - космический аппарат - Земля по информации с ПОС, установленного на корпусе КА, с использованием ЭМИО и разворот панелей СБ вокруг оси, параллельной третьей оси КА, до совмещения нормали к поверхности солнечных батарей с направлением на Солнце с использованием привода СБ [Космические вехи: сборник научных трудов, посвященный 50-летию создания АО «ИСС» имени академика М.Ф. Решетнева. - Красноярск: ИП Суховольская Ю.П., 2009. с. 129-130].

Описанный способ принят за прототип изобретения.

Недостатком прототипа является то, что при ориентации космического аппарата в солнечно-земной системе координат относительно третьей оси КА погрешность выдачи информации с ПОЗ существенно больше, чем относительно второй оси КА.

Выходом из сложившейся ситуации может быть применение более точного оптического измерительного устройства для ориентации КА на Землю относительно третьей оси КА.

Таким устройством может быть звездный прибор, погрешность которого не превышает 0.5'. Однако такой прибор устанавливается далеко не на всех КА, потому что его применение по различным причинам не всегда обосновано.

На большинстве КА, ориентированных в солнечно-земной системе координат, применяются приборы ориентации на Солнце и Землю.

В основу настоящего изобретения положена задача создания способа ориентации космического аппарата в солнечно-земной системе координат, позволяющего уменьшить погрешность ориентации космического аппарата на Землю.

Поставленная задача решается следующим образом.

Заявлен способ ориентации космического аппарата в солнечно-земной системе координат, включающий ориентацию первой оси космического аппарата на Землю путем разворотов относительно второй и третьей осей с использованием электромеханических исполнительных органов, отличающийся тем, что для уменьшения погрешности ориентации на Землю при отсутствии тени Земли формирование управляющих воздействий относительно второй оси космического аппарата осуществляют по информации с прибора ориентации на Землю, а относительно третьей оси космического аппарата осуществляют по информации с прибора ориентации на Солнце.

Сущность изобретения

Ориентация первой оси космического аппарата на Землю в солнечно-земной системе координат при отсутствии тени Земли осуществляется вращением КА относительно второй оси по информации с ПОЗ с помощью ЭМИО и вращением КА относительно третьей оси по информации с ПОС с помощью ЭМИО.

Такой способ ориентации космического аппарата в солнечно-земной системе координат позволяет уменьшить погрешность ориентации КА на Землю относительно третьей оси при отсутствии тени Земли.

Предложенный способ ориентации космического аппарата в солнечно-земной системе координат применяется на космических аппаратах системы «ГЛОНАСС». Для данных космических аппаратов время нахождения в тени Земли не превышает 5% от всего срока активного существования КА.

Способ ориентации космического аппарата в солнечно-земной системе координат, включающий ориентацию первой оси космического аппарата на Землю путем разворотов относительно второй и третьей осей с использованием электромеханических исполнительных органов, отличающийся тем, что для уменьшения погрешности ориентации на Землю при отсутствии тени Земли формирование управляющих воздействий относительно второй оси космического аппарата осуществляют по информации с прибора ориентации на Землю, а относительно третьей оси космического аппарата осуществляют по информации с прибора ориентации на Солнце.
СПОСОБ ОРИЕНТАЦИИ КОСМИЧЕСКОГО АППАРАТА В СОЛНЕЧНО-ЗЕМНОЙ СИСТЕМЕ КООРДИНАТ
Источник поступления информации: Роспатент

Показаны записи 1-10 из 125.
20.12.2014
№216.013.11cc

Система ориентации навигационного спутника

Изобретение относится к управлению ориентацией искусственного спутника Земли (ИСЗ) с панелями солнечных батарей (ПСБ). Согласно предложенному способу осуществляют необходимые развороты ИСЗ вместе с ПСБ и, отдельно, ПСБ - вокруг первой и второй осей. При этом антенну ИСЗ ориентируют на Землю, а...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002535979
Дата охранного документа: 20.12.2014
10.03.2015
№216.013.3109

Способ ориентации искусственного спутника земли

Изобретение относится к управлению ориентацией искусственных спутников Земли (ИСЗ) с солнечными батареями (СБ). В составе ИСЗ (3) дополнительно предусматривают автономный контур (АК) управления ориентацией ИСЗ относительно направления на Солнце (2). При нарушении точности данной ориентации...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002544021
Дата охранного документа: 10.03.2015
27.04.2015
№216.013.4596

Способ питания и управления системой коррекции космического аппарата

Изобретение относится к космической технике и может быть использовано для коррекции космического аппарата (КА) с помощью электрореактивных плазменных двигателей (ЭРПД). Выбирают ЭРПД для включения, определяют необходимое время работы ЭРПД, выбирают используемые и неиспользуемые электроды...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002549318
Дата охранного документа: 27.04.2015
10.12.2015
№216.013.95eb

Способ ориентации навигационного спутника

Изобретение относится к управлению ориентацией навигационных спутников с антеннами и солнечными батареями (СБ). Способ включает ориентацию электрической оси антенны (первой оси спутника) на Землю и ориентацию панелей СБ на Солнце. Последняя достигается разворотом спутника вместе с панелями СБ...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002569999
Дата охранного документа: 10.12.2015
10.01.2016
№216.013.9f82

Способ запуска стационарного плазменного двигателя

Изобретение относится к энергетике. Способ запуска стационарного плазменного двигателя, при котором подачу напряжения разряда на катод и анод двигателя выполняют не до подачи поджигных импульсов, а после завершения нагрева катода, открытия клапанов двигателя и подачи поджигных импульсов. При...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002572471
Дата охранного документа: 10.01.2016
25.08.2017
№217.015.bb66

Ракетно-прямоточный двигатель с регулируемым расходом твёрдого топлива

Изобретение относится к ракетной технике и может быть использовано в гиперзвуковых (М≥5) крылатых ракетах с ракетно-прямоточными двигателями, предназначенных для полетов на больших высотах. Ракетно-прямоточный двигатель содержит воздухозаборник, газогенератор с зарядом твердого топлива,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002615889
Дата охранного документа: 11.04.2017
29.12.2017
№217.015.f0f4

Кантователь (варианты)

Изобретение относится к конструкциям, предназначенным для кантования (поворота) изделий различного назначения, предпочтительнее космических аппаратов. Кантователь содержит основание, две стойки, к которым на оси кантования закреплена грузовая платформа, которая снабжена поворотной планшайбой, и...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002638997
Дата охранного документа: 19.12.2017
29.12.2017
№217.015.f62d

Способ эксплуатации литий-ионной аккумуляторной батареи в составе автономной системы электропитания искусственного спутника земли

Использование: в области электротехники. Технический результат – более точное определение времени начала балансировки аккумуляторов. Способ эксплуатации литий-ионной аккумуляторной батареи в составе автономной системы электропитания искусственного спутника Земли заключается в контроле...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002637815
Дата охранного документа: 07.12.2017
20.01.2018
№218.016.1384

Способ управления автономной системой электроснабжения космического аппарата

Использование: в области электротехники в системах электроснабжения (СЭС) космических аппаратов (КА). Технический результат - обеспечение штатного отключения сеансной нагрузки при нештатной ситуации. Способ управления автономной системой электроснабжения, которая содержит солнечную батарею и...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002634473
Дата охранного документа: 31.10.2017
20.01.2018
№218.016.1773

Фильтр

Изобретение предназначено для фильтрования. Фильтр содержит корпус, помещенную внутрь корпуса несущую трубу и рабочие модули, закрепленные поперек несущей трубы. Каждый из рабочих модулей содержит расположенные на удалении друг от друга первый и второй фильтровальные пакеты, каждый из которых...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002635802
Дата охранного документа: 16.11.2017
Показаны записи 1-10 из 23.
20.12.2014
№216.013.11cc

Система ориентации навигационного спутника

Изобретение относится к управлению ориентацией искусственного спутника Земли (ИСЗ) с панелями солнечных батарей (ПСБ). Согласно предложенному способу осуществляют необходимые развороты ИСЗ вместе с ПСБ и, отдельно, ПСБ - вокруг первой и второй осей. При этом антенну ИСЗ ориентируют на Землю, а...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002535979
Дата охранного документа: 20.12.2014
10.03.2015
№216.013.3109

Способ ориентации искусственного спутника земли

Изобретение относится к управлению ориентацией искусственных спутников Земли (ИСЗ) с солнечными батареями (СБ). В составе ИСЗ (3) дополнительно предусматривают автономный контур (АК) управления ориентацией ИСЗ относительно направления на Солнце (2). При нарушении точности данной ориентации...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002544021
Дата охранного документа: 10.03.2015
27.04.2015
№216.013.4596

Способ питания и управления системой коррекции космического аппарата

Изобретение относится к космической технике и может быть использовано для коррекции космического аппарата (КА) с помощью электрореактивных плазменных двигателей (ЭРПД). Выбирают ЭРПД для включения, определяют необходимое время работы ЭРПД, выбирают используемые и неиспользуемые электроды...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002549318
Дата охранного документа: 27.04.2015
10.12.2015
№216.013.95eb

Способ ориентации навигационного спутника

Изобретение относится к управлению ориентацией навигационных спутников с антеннами и солнечными батареями (СБ). Способ включает ориентацию электрической оси антенны (первой оси спутника) на Землю и ориентацию панелей СБ на Солнце. Последняя достигается разворотом спутника вместе с панелями СБ...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002569999
Дата охранного документа: 10.12.2015
10.01.2016
№216.013.9f82

Способ запуска стационарного плазменного двигателя

Изобретение относится к энергетике. Способ запуска стационарного плазменного двигателя, при котором подачу напряжения разряда на катод и анод двигателя выполняют не до подачи поджигных импульсов, а после завершения нагрева катода, открытия клапанов двигателя и подачи поджигных импульсов. При...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002572471
Дата охранного документа: 10.01.2016
25.08.2017
№217.015.bb66

Ракетно-прямоточный двигатель с регулируемым расходом твёрдого топлива

Изобретение относится к ракетной технике и может быть использовано в гиперзвуковых (М≥5) крылатых ракетах с ракетно-прямоточными двигателями, предназначенных для полетов на больших высотах. Ракетно-прямоточный двигатель содержит воздухозаборник, газогенератор с зарядом твердого топлива,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002615889
Дата охранного документа: 11.04.2017
29.12.2017
№217.015.f0f4

Кантователь (варианты)

Изобретение относится к конструкциям, предназначенным для кантования (поворота) изделий различного назначения, предпочтительнее космических аппаратов. Кантователь содержит основание, две стойки, к которым на оси кантования закреплена грузовая платформа, которая снабжена поворотной планшайбой, и...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002638997
Дата охранного документа: 19.12.2017
29.12.2017
№217.015.f62d

Способ эксплуатации литий-ионной аккумуляторной батареи в составе автономной системы электропитания искусственного спутника земли

Использование: в области электротехники. Технический результат – более точное определение времени начала балансировки аккумуляторов. Способ эксплуатации литий-ионной аккумуляторной батареи в составе автономной системы электропитания искусственного спутника Земли заключается в контроле...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002637815
Дата охранного документа: 07.12.2017
20.01.2018
№218.016.1384

Способ управления автономной системой электроснабжения космического аппарата

Использование: в области электротехники в системах электроснабжения (СЭС) космических аппаратов (КА). Технический результат - обеспечение штатного отключения сеансной нагрузки при нештатной ситуации. Способ управления автономной системой электроснабжения, которая содержит солнечную батарею и...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002634473
Дата охранного документа: 31.10.2017
20.01.2018
№218.016.1773

Фильтр

Изобретение предназначено для фильтрования. Фильтр содержит корпус, помещенную внутрь корпуса несущую трубу и рабочие модули, закрепленные поперек несущей трубы. Каждый из рабочих модулей содержит расположенные на удалении друг от друга первый и второй фильтровальные пакеты, каждый из которых...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002635802
Дата охранного документа: 16.11.2017
+ добавить свой РИД