×
24.01.2020
220.017.f916

СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ДВИЖЕНИЕМ КОСМИЧЕСКОГО АППАРАТА

Вид РИД

Изобретение

Юридическая информация Свернуть Развернуть
Краткое описание РИД Свернуть Развернуть
Аннотация: Изобретение относится к совместному управлению движением центра масс и угловой ориентацией космических аппаратов (КА) с помощью двигателей малой тяги. Двигатели расположены попарно симметрично плоскости осей крена и рысканья КА, а линии действия их тяг проходят через центр масс КА и направлены под углом к главным осям инерции КА. Двигатели пары отклонены от плоскости осей тангажа и крена на некоторый угол, а от плоскости осей тангажа и рысканья - на некоторый другой угол. Последовательно включают двигатели, создающие противоположные трансверсальные ускорения. Выбирают участок орбиты и продолжительность включения требуемого двигателя в зависимости от текущего положения вектора наклонения орбиты. Направление тяги выбирают, исходя из минимального расхода рабочего тела при минимальном влиянии на элементы конструкции КА. Техническим результатом являются оптимизация расхода рабочего тела для удержания КА по широте и долготе, снижение массы энергодвигательной установки и уменьшение возмущающих моментов от действия струй двигателей. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.
Реферат Свернуть Развернуть

Изобретение относится к области космической техники и может быть использовано при управлении движением космических аппаратов (КА).

В настоящее время известны различные средства и методы управления движением КА, применяемые для коррекции орбиты КА, стабилизации и ориентации КА. Системы управления могут существенно различаться по конструкции, энергопотреблению, типу исполнительных органов в зависимости от решаемых задач управления, массы КА и орбиты его движения, а также от продолжительности корректирующих маневров. Система управления КА может одновременно осуществлять как управление движением центра масс КА, так и управление движением КА относительно его центра масс КА.

Наиболее близким аналогом является «Способ управления движением космического аппарата и система управления» (патент на изобретение RU 2309876 С1). Способ управления движением космического аппарата, заключающийся в управлении движением центра масс космического аппарата и в управлении угловой ориентацией космического аппарата в пространстве, включающий управляющее воздействие на космический аппарат посредством включения, по крайней мере, одного реактивного двигателя малой тяги двигательной установки космического аппарата, создающего вектор тяги относительно трех главных ортогональных осей инерции космического аппарата. Управляющие воздействия создают с помощью двигателей малой тяги, располагаемых в общей установочной плоскости космического аппарата, ортогональных одной из его плоскостей инерции, с угловым смещением между ближайшими двигателями.

Ряд существенных недостатков, характерных для прототипа, заключается в следующем:

1. эффективность использования тяги приведенных в примерах реализации изобретения достигается за счет использования двух двигателей малой тяги, что приводит к увеличению необходимой мощности энергетической установки КА, т.к. коррекция орбиты занимает 1,5-3 часа в сутки, в остальное время мощность энергоустановки не будет использоваться, что ведет к не оптимальности проектируемого КА;

2. двигатели размещены равномерно на корпусе КА. Во время создания управляющего воздействия, струя двигателя будет создавать возмущающие моменты при воздействии на элементы КА (солнечные батареи, антенны и т.д), которые необходимо компенсировать при управлении угловым положением КА и соответственно требуют дополнительных затрат ресурсов КА (топлива).

Задачами, на решение которой направлено заявляемое изобретение являются:

1. Снижение массы КА за счет снижения массы двигательной установки;

2. Уменьшение возмущающих моментов, создаваемых двигателями малой тяги во время создания управляющего воздействия;

3. Снижение массы КА за счет оптимального использования энергетической установки КА;

Для решения поставленной задачи предлагается способ управления движением космического аппарата, заключающийся в управлении движением центра масс космического аппарата и в управлении угловой ориентацией космического аппарата в пространстве, включающий управляющее воздействие на космический аппарат посредством включения, по крайней мере, одного реактивного двигателя малой тяги, двигательной установки космического аппарата, создающего вектор тяги относительно трех главных ортогональных осей инерции космического аппарата. Управляющие воздействия создаются с помощью двигателей малой тяги, расположенных в паре симметрично по отношению к плоскости осей крена и рысканья космического аппарата. Линии действия тяг двигателей направлены под углом к главным осям инерции, каждая пара двигателей отклонена от плоскости осей тангажа и крена на а градусов, а вектора тяг каждого из двигателей в плоскостях расположения пары двигателей отклонены от плоскости осей тангажа и рысканья на |3 градусов.

В частных случаях реализации изобретения каждый двигатель смонтирован на приводе и способен изменять свое угловое положение. Изменение направления векторов тяги позволяет создавать управляющие моменты тяги относительно трех главных ортогональных осей инерции КА.

Использование указанных возможностей позволяет проводить во время операций по управлению движением центра масс космического аппарата операции по гашению кинетического момента (разгрузки) инерциальных средств управления КА, например гироскопических силовых стабилизаторов (маховиков).

Использование указанных возможностей позволяет производить программные повороты КА при ориентации.

Техническими результатами, обеспечиваемыми приведенной совокупностью признаков, являются:

1. снижение массы энергетической установки КА, которое достигается при использовании способа управления движением КА, предполагающего оптимальную ориентацию вектора тяги при включении одного двигателя, как следствие более оптимальное проектирование КА;

2. снижение массы двигательной установки за счет снижения количества двигателей малой тяги;

3. снижение возмущающих моментов от действия струй двигателей, т.к. углы α и β выбираются исходя из приоритетного условия минимизации расхода топлива и дополнительного условия минимальных воздействий на элементы конструкции КА.

Сущность изобретения поясняется чертежами, на которых изображено:

- на фиг. 1 - изображен схематичный вид спутника;

- на фиг. 2 - схематично показан корпус КА с установленными двигателями (вид сверху);

- на фиг. 3 - схематично показан корпус КА с установленными двигателями (вид сбоку);

- на фиг. 4 - схематично показан частный случай реализации изобретения, при различных углах установки двигателей малой тяги.

Способ управления движением космического аппарата 1, заключающийся в управлении движением центра масс космического аппарата и в управлении угловой ориентацией космического аппарата в пространстве, включающий управляющее воздействие на космический аппарат посредством включения, по крайней мере, одного реактивного двигателя малой тяги 2 двигательной установки космического аппарата, создающего вектор тяги относительно трех главных ортогональных осей инерции космического аппарата. Управляющие воздействия создаются с помощью двигателей малой тяги 2, расположенных в паре симметрично по отношению к плоскости осей крена и рысканья космического аппарата 1. Линии действия тяг двигателей направлены под углом к главным осям инерции, каждая пара двигателей отклонена от плоскости осей тангажа и крена на α градусов 3, а вектора тяг каждого из двигателей в плоскостях расположения пары двигателей отклонены от плоскости осей тангажа и рысканья на β градусов 4.

Получение технических результатов гарантируется при применении нижеприведенной стратегии удержания КА на геостационарной орбите по широте и долготе.

Стратегия проведения коррекций удержания КА по широте и долготе должна минимизировать расход топлива. Анализ показывает, что основные затраты топлива на интервале длительного функционирования КА (15 и более лет) связаны с его удержанием по широте.

Для экономии импульса скорости все короткопериодические составляющие возмущения вектора наклонения выделяются в некорректируемую группу. Коррекции удержания по широте обеспечивают компенсацию вековой составляющей изменения вектора наклонения, обусловленной лунно-солнечными возмущениями.

Направления векторов тяг двигателей выбираются исходя из минимального расхода топлива за САС и минимального влияния двигателей на элементы КА.

Для коррекции широты выбираются такие участки орбиты и продолжительность работы двигателей коррекции (ДК), чтобы оптимально изменить вектор наклонения. На каждом витке полета теоретически имеется два таких участка орбиты (разнесенные по аргументу широты на 180°). При этом продолжительность работы двигателей коррекции на обоих участках одинакова, а направления корректирующих ускорений в направлении «Север-Юг» противоположны. Выбор участка орбиты, продолжительность работы ДК зависят от текущего положения вектора наклонения КА и параметров стратегии удержания.

Удержание КА по долготе сводится к коррекциям периода обращения КА и эксцентриситета орбиты, которые должны компенсировать влияние возмущающих сил, прежде всего, нецентральности гравитационного поля Земли и светового давления.

Схема размещения ДК такова, что при коррекции вектора наклонения также происходит изменение вектора эксцентриситета и сидерического периода. Необходимое изменение периода обращения обеспечивается за счет либо выбора двигателя (имеющего требуемый знак трансверсального ускорения) либо последовательного включения двух двигателей, имеющих противоположные трансверсальные ускорения.

Что касается управления вектором эксцентриситета, то можно использовать следующий алгоритм:

а) На витке планируются коррекции наклонения одним включением, при котором обеспечивается изменение периода обращения в нужном направлении. Из двух возможных вариантов (двигатель «северного» или двигатель «южного» направления) выбирается тот участок орбиты, где, по крайней мере, не ухудшается значение эксцентриситета.

б) Если один двигатель не обеспечивает требуемое изменение периода обращения, то рассчитывается маневр для пары двигателей одного направления по север (юг). При этом из двух возможных пар включений (двигатели «северного» или «южного» направления) выбирается более оптимальная для эксцентриситета

в) Если коррекций наклонений недостаточно и эксцентриситет больше заданного порогового значения, то на витке планируется коррекция эксцентриситета двумя включениями, разнесенными на 12 часов. Для этого двигатели включаются на участках орбиты, оптимальных для изменения эксцентриситета (в окрестности перигея и апогея, например). При этом одновременно изменяются период обращения и эксцентриситет орбиты.


СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ДВИЖЕНИЕМ КОСМИЧЕСКОГО АППАРАТА
СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ДВИЖЕНИЕМ КОСМИЧЕСКОГО АППАРАТА
СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ДВИЖЕНИЕМ КОСМИЧЕСКОГО АППАРАТА
СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ДВИЖЕНИЕМ КОСМИЧЕСКОГО АППАРАТА
Источник поступления информации: Роспатент

Showing 1-10 of 194 items.
27.06.2015
№216.013.5815

Способ защиты командно-измерительной системы космического аппарата

Изобретение относится к области автоматизированных систем управления подвижными объектами, в частности космическими аппаратами (КА), и, более конкретно, к способам защиты командно-измерительной системы космического аппарата от несанкционированного вмешательства, возможного со стороны...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002554090
Дата охранного документа: 27.06.2015
27.06.2015
№216.013.5824

Способ эскплуатации никель-водородных аккумуляторных батарей системы электропитания космического аппарата, эксплуатирующегося на низкой околоземной орбите

Предлагаемое изобретение относится к электротехнической промышленности и может быть использовано при эксплуатации никель-водородных аккумуляторных батарей в автономных системах электропитания космических аппаратов, эксплуатируемых на низкой околоземной орбите. Технический результат - повышение...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002554105
Дата охранного документа: 27.06.2015
10.08.2015
№216.013.6960

Способ коррекции орбитального движения космического аппарата

Изобретение относится к управлению движением космического аппарата (КА) с помощью реактивного двигателя коррекции (ДК). Способ включает приложение к КА тестового и корректирующего воздействий. При каждом из них определяют темпы нагрева стенки камеры сгорания ДК. По тестовым данным (тяге и темпу...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002558529
Дата охранного документа: 10.08.2015
10.08.2015
№216.013.6961

Способ резервирования космического аппарата на геостационарной орбите

Изобретение относится к управлению движением геостационарных космических аппаратов (КА) в периоды резервирования и оперативного ввода в эксплуатацию. На этапе пассивного дрейфа КА из стартовой позиции резервирования (СПР) в рабочую орбитальную позицию (точку «стояния») минимизируют...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002558530
Дата охранного документа: 10.08.2015
10.08.2015
№216.013.6b09

Способ мониторинговой коллокации на геостационарной орбите

Изобретение относится к управлению движением группы (кластера) космических аппаратов (КА), преимущественно геостационарных спутников Земли. Согласно способу линии узлов и линии апсид орбит мониторингового КА (МКА) и смежных КА (СКА) поддерживают ортогональными. Сумма эксцентриситетов орбит...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002558959
Дата охранного документа: 10.08.2015
10.08.2015
№216.013.6b0a

Держатель

Изобретение относится к средствам временной фиксации различных устройств на космическом аппарате (КА), в частности панелей солнечных батарей. Держатель имеет корпус, из которого выступает стягивающий штырь (2), удерживающий элементы (4.1-4.n). Для блокировки-разблокировки оголовка штыря служат...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002558960
Дата охранного документа: 10.08.2015
10.08.2015
№216.013.6ca4

Регулируемый узел крепления

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в разъемных соединениях. Регулируемый узел крепления содержит болты, сферические шайбы, гайки, втулки с наружной резьбой, углепластиковую площадку со стропами из арамидного волокна, накладку из металлических сплавов, три...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002559370
Дата охранного документа: 10.08.2015
10.08.2015
№216.013.6ca5

Способ автономной коллокации на геостационарной орбите

Изобретение относится к космической технике и может быть использовано для автономной коллокации на геостационарной орбите. Переводят векторы наклонения и эксцентриситета на границы разнесенных относительно друг друга областей прицеливания, измеряют параметры орбиты каждого космического аппарата...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002559371
Дата охранного документа: 10.08.2015
10.08.2015
№216.013.6dc7

Способ электрических проверок космического аппарата

Изобретение относится к наземным испытаниям, в т.ч. при изготовлении космических аппаратов (КА). КА содержит систему электропитания с бортовыми источниками: солнечными (СБ) и аккумуляторными (АБ) батареями, а также стабилизированным преобразователем напряжения (СПН) с зарядными и разрядными...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002559661
Дата охранного документа: 10.08.2015
10.08.2015
№216.013.6df0

Многоканальный командный аппарат с электронной коммутацией

Изобретение относится к области электронной техники и автоматики и может быть использовано для формирования импульсов команд управления исполнительными элементами. Техническим результатом является повышение надежности устройства многоканального командного аппарата с электронной коммутацией за...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002559702
Дата охранного документа: 10.08.2015
Showing 1-10 of 38 items.
10.03.2013
№216.012.2dc2

Способ регулирования и стабилизации давления в рабочих установках сильфонного типа

Изобретение относится к области космической техники и может быть использовано для стабилизации заданного уровня тяги двигателей коррекций движения космического аппарата. Бак с рабочим телом (БРТ) имеет три емкости. Весь газ наддува (ГН) в начале находится в дополнительной емкости постоянного...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002477245
Дата охранного документа: 10.03.2013
10.05.2013
№216.012.3d47

Теплофизическая модель космического аппарата

Изобретение относится к созданию и отработке систем терморегулирования космических аппаратов (КА), преимущественно телекоммуникационных спутников. У таких КА данные системы выполнены по комбинированной схеме: тепловые трубы в сочетании с дублированными жидкостными контурами. Модель КА включает...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002481254
Дата охранного документа: 10.05.2013
27.12.2013
№216.012.91d0

Способ измерения коэффициента отражения плоского отражателя в свч-диапазоне и устройство для его осуществления

Изобретение относится к технике измерений на сверхвысоких частотах. Согласно способу предварительно осуществляют калибровку с помощью плоского эталонного отражателя, затем перпендикулярно оси зеркала по середине расстояния L между фазовым центром облучателя и фокусом зеркала устанавливают...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002503021
Дата охранного документа: 27.12.2013
27.12.2013
№216.012.923a

Многофункциональная космическая система ретрансляции для информационного обмена с космическими и наземными абонентами

Изобретение относится к области радиосвязи с применением спутников-ретрансляторов на высокой, например, геостационарной орбите и предназначено для преимущественного использования в глобальных космических системах ретрансляции и связи, осуществляющих информационный обмен с космическими и...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002503127
Дата охранного документа: 27.12.2013
10.12.2014
№216.013.0f60

Способ удержания космического аппарата на геосинхронной 24-часовой орбите

Изобретение относится к управлению движением космического аппарата (КА) и, конкретно, к удержанию геосинхронного КА в заданной области стояния и коллокации с другими геостационарными КА. Способ включает определение и коррекцию начальных наклонений и долготы восходящего узла орбиты выведения с...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002535353
Дата охранного документа: 10.12.2014
20.02.2015
№216.013.279d

Способ компоновки космического аппарата

Изобретение относится к тепловому проектированию преимущественно геостационарных телекоммуникационных спутников с тепловой нагрузкой порядка 4,5-5,5 кВт. Спутник выполняют из двух модулей: модуля полезной нагрузки (ПН) и модуля служебных систем (СС). Приборы модуля СС и часть приборов модуля...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002541598
Дата охранного документа: 20.02.2015
27.02.2015
№216.013.2c41

Способ компоновки космического аппарата

Изобретение относится космической технике и может быть использовано в компоновке космического аппарата (КА). Устанавливают на внутренних поверхностях трехслойных сотовых панелей с встроенными тепловыми трубами и сдублированными циркуляционными коллекторами с жидким теплоносителем приборы...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002542797
Дата охранного документа: 27.02.2015
10.08.2015
№216.013.6ca5

Способ автономной коллокации на геостационарной орбите

Изобретение относится к космической технике и может быть использовано для автономной коллокации на геостационарной орбите. Переводят векторы наклонения и эксцентриситета на границы разнесенных относительно друг друга областей прицеливания, измеряют параметры орбиты каждого космического аппарата...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002559371
Дата охранного документа: 10.08.2015
10.09.2015
№216.013.7838

Способ пакетной передачи сообщений между передающей и приемной сторонами в сети с наземными и космическими абонентами

Изобретение относится к системам передачи информации. Технический результат - снижение времени передачи сообщений и повышение надежности их передачи в неблагоприятных условиях. Для этого формируют на передающей стороне из потока сообщений абонентов пакеты данных, а из пакетов данных формируют...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002562365
Дата охранного документа: 10.09.2015
27.11.2015
№216.013.9497

Космическая платформа

Изобретение относится к космической технике. Космическая платформа содержит модуль служебных систем в форме прямоугольного параллелепипеда, узлы стыковки с системой отделения, двигательную установку, солнечные батареи, систему терморегулирования. Космическая платформа включает в себя...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002569658
Дата охранного документа: 27.11.2015
+ добавить свой РИД