Устройство для ориентации космического аппарата по направлению лазерного луча

Изобретение относится к области приема и преобразования лазерного излучения различных длин волн для ориентации космических аппаратов при узконаправленной связи между ними.

Известно защищенное патентом изобретение - аналог: патент №2506547, заявка 2012140350/28 МПК G01J 1/44, 2012 год «Приемник импульсных оптических сигналов» (Вильнер В.Г., Волобуев В.Г., Почтарев В.Л., Рябокуль Б.К.). Изобретение относится к технике приема импульсного оптического излучения, преимущественно к приемникам импульсных лазерных дальномеров и подобных устройств для измерения временных интервалов между оптическими импульсами. Приемник импульсных оптических сигналов, содержащий фотоприемник с источником смещения и нагрузкой, подключенной к усилителю, усилитель выполнен в виде двух транзисторных повторителей с общей нагрузкой, вход одного из повторителей подключен к нагрузке фотоприемника, а вход второго повторителя имеет возможность подключения к внешнему источнику сигнала, причем параллельно входам транзисторных повторителей введены ключи, связанные с коммутатором, управляющим их замыканием и размыканием в противофазе. Технический результат заключается в повышении точности временной привязки принятого сигнала и, соответственно, высокой точности измерений с помощью приборов, в которых используется такой приемник. Недостатком изобретения является невозможность его использования, когда не известно направление воздействия лазерного излучения.

Известно защищенное патентом изобретение - аналог: патент №2566370, заявка 2013138906/28 МПК G01J 5/58, 2013 год «Космический приемник-преобразователь лазерного излучения» (Корнилов В.А., Тугаенко В.Ю., Мацак И.С.). Изобретение относится к области создания приемников-преобразователей на основе полупроводниковых фотоэлектрических преобразователей для преобразования электромагнитной энергии лазерного излучения высокой плотности. Заявлена конструкция космического приемника-преобразователя лазерного излучения в двух вариантах исполнения. В первом варианте приемник-преобразователь выполнен в виде трех взаимно перпендикулярных круговых панелей с точкой пересечения, совпадающей с их геометрическими центрами; каждая круговая панель с двух сторон представляет приемную плоскость, на которой установлены фотоэлектрические преобразователи. Тыльные контакты фотоэлектрических преобразователей охлаждаются радиальными прямолинейными, дугообразными и периферийными дугообразными тепловыми трубами. Второй вариант отличается от первого конструкцией тепловых труб: применяются V-образные и дугообразные тепловые трубы. Техническим результатом является повышение мощности и эффективности приемника-преобразователя, повышение КПД преобразования, надежности и ресурса работы. Недостатком изобретения состоит в том, что космический приемник-преобразователь лазерного излучения ориентирован только на прием сигналов излучения высокой интенсивности.

Известно защищенное патентом изобретение - аналог: заявка №2011148951/11, МПК G01S 17/00, 2011 год, патент №2494415, «Способ обнаружения пассивного космического объекта при сближении с ним активного космического аппарата» (Старовойтов Е.И., Афонин В.В.). Способ включает сканирование пространства путем разворота активного КА с жестко установленной на нем лазерной локационной станции (ЛЛС) по каналу тангажа или курса до обнаружения пассивного КА. Ширина диаграммы направленности зондирующего излучения ЛЛС в направлении сканирования минимальна, а в перпендикулярном направлении угол ее расходимости равен угловому размеру зоны обзора. Обнаружение пассивного КА осуществляют в мгновенном поле зрения многоэлементного приемника излучения ЛЛС. Это поле совпадает с диаграммой направленности ЛЛС. Техническим результатом изобретения является повышение надежности за счет исключения оптико-механического сканирования с использованием движущихся деталей. Недостатком способа - аналога является низкая оперативность сканирования, которое осуществляется путем разворота активного КА.

Известно заявленное изобретение - аналог: патент №2619168, от 07.12.2015, «Способ определения направления на активный объект, преднамеренно сближающийся с космическим аппаратом» (Яковлев М.В. и др.), согласно которому принимают сигналы, излучаемые приближающимся активным объектом, измеряют амплитуду и выполняют обработку принимаемых сигналов. Для приема сигналов применяют детекторы плоской формы. Детекторы располагают на поверхности сферической оболочки ортогонально радиус-вектору из центра сферической оболочки к точке касания с детектором. Внутри сферической оболочки помещают материал - поглотитель излучения. Направление на активный приближающийся объект определяют по радиус-вектору, направленному на детектор с максимальной амплитудой регистрируемого сигнала. Недостатком способа - аналога является невозможность одновременной регистрации лазерного излучения в различных диапазонах электромагнитного спектра.

Известно заявленное изобретение - прототип: патент №2653149, от 25.05.2017, «Всенаправленный многоспектральный измеритель лазерного излучения» (Яковлев М.В., Яковлев Д.М.), согласно которому измеритель содержит детекторы плоской формы, расположенные на поверхности сферической оболочки, а также материал - поглотитель излучения внутри сферической оболочки. Детекторы выполнены в виде набора плоских регистрирующих элементов, обладающих различной спектральной чувствительностью и контактирующих между собой через слой изолирующего материала. Реализуемость заявляемого всенаправленного многоспектрального измерителя лазерного излучения подтверждается наличием известных технологий создания и опытом практического применения полупроводниковых фотонных приемников излучения ультрафиолетового, видимого и ближнего инфракрасного (с граничной длиной волны до 1,2 мкм) диапазонов спектра (см., например, монографию: А.В. Войцеховский, И.И. Ижнин, В.П. Савчин, Н.М. Вакив - Физические основы полупроводниковой фотоэлектроники, Томск, Издательский Дом Томского государственного университета, 2013. 560 с.). Недостатком способа - прототипа является сложность конструкции измерителя в виде сферической оболочки, на поверхности которой располагаются детекторы плоской формы.

Целью предполагаемого изобретения является ориентация КА по направлению лазерного луча для осуществления узконаправленной связи между КА.

Указанная цель достигается в заявляемом устройстве ориентации КА по направлению лазерного излучения использованием плоско-параллельной пластины из прозрачного материала с высоким показателем преломления, внизу пластины расположена матрица пикселей, различной спектральной чувствительности, а вверху пластины по центру матрицы установлен коллиматор с диаметром отверстия, соизмеримым с размером ячейки. Поперечный размер матрицы определяется толщиной пластины и максимальным значением угла преломления в заданном диапазоне углов падения.

Обоснование реализуемости и практической значимости заявляемого способа заключается в следующем. Через отверстие коллиматора внутрь плоско-параллельной пластины прозрачного материала проходит узкий луч лазерного излучения, воздействующего на матрицу - позиционно-чувствительный многоспектральный измеритель. Азимутальное направление и угол преломления луча определяются азимутальным направлением и углом падения воздействующего излучения, то есть содержат информацию о направлении воздействия, которое восстанавливается по координатам пикселей с максимальной амплитудой регистрируемого сигнала. Далее сигнал передается на исполнительные органы для осуществления маневра ориентации КА в нужном направлении.

в сложенном или свернутом виде размещают в контейнере на борту КА.

Таким образом, техническая возможность ориентация КА по направлению лазерного луча для осуществления узконаправленной связи между КА не вызывает сомнений.