RU172067U1

RU172067U1 - Система обезвешивания космического аппарата при наземной отработке

Info

Publication number: RU172067U1
Application number: RU2016151243U
Authority: RU
Inventors: Александр Николаевич Чернышов; Алексей Вячеславович Кургузов; Сергей Олегович Фирсюк
Priority date: 2016-12-26
Filing date: 2016-12-26
Publication date: 2017-06-28

Abstract

Система обезвешивания космического аппарата при наземной отработке относится к устройствам, имитирующим в наземных условиях состояние орбитального полета для космических аппаратов: реализуется режим неограниченного одноосного вращения аппарата на гибком тросовом подвесе.Технический результат заключается в возможности не только обеспечить неограниченный по углу режим непрерывного вращения, но и в качественном улучшении величины вредных вращательных моментов, свойственных наземным стендам с аналогичной функцией.

Description

Полезная модель относится к космическому машиностроению, а именно - к устройствам имитации космических условий.

При отработке и испытаниях космических аппаратов имеется потребность в проверке работы его исполнительных органов, датчиков и алгоритмов системы ориентации и стабилизации. Классическими методами можно проверить все эти элементы по отдельности: факт включения исполнительных органов на спутнике или замерить мощность отдельно на стенде; проверить работоспособность датчиков по принятому сигналу, но без реальной динамической отработки в составе всего аппарата с исполнительными органами; измерить параметры управляющих команды системы ориентации и сравнить их с математической моделью, но без динамики реального аппарата.

Для имитации условий, схожих с состоянием невесомости, используются различные устройства обезвешивания, которые решают задачи по минимизации или полному устранению ненужных факторов (например, воздействия силы тяжести и т.п.).

Известно несколько вариаций устройств, которые позволяют проверить динамические параметры космического аппарата для режима вращения вокруг одной из выбранных осей - их суть сводится к использованию поворотного шарнира для вращения аппарата вокруг одной из осей. В простейшем варианте это подшипник или стационарный тросовый подвес, в более сложном исполнении - это аэродинамический подвес, выполняющий роль неподвижного аэродинамического подшипника. Все эти варианты характеризуются тем, что вредное сопротивление вращению (трение в подвесе/опоре/подшипнике) не позволяет реализовать режим, близкий к реальному орбитальному полету, а как следствие - на аппарат приходится временно устанавливать переразмеренные (более мощные) исполнительные органы. В результате такого эксперимента не удается проверить в реальных условиях работу математической модели, заложенной в систему ориентации и стабилизации космического аппарата.

Таким образом, существующие в настоящее время экспериментальные стенды с системами обезвешивания для наземной отработки космических аппаратов имеют общий недостаток - на них нельзя провести натурную имитацию орбитального полета со штатными исполнительными устройствами и нельзя проверить корректность математической модели системы ориентации и стабилизации аппарата.

Аналогами заявляемой полезной модели являются:

1) Крутильные весы [https://ru.wikipedia.org/wiki/Крутильные_весы], представляющие собой тросовый подвес с объектом испытаний, который в отличие от заявляемой полезной модели специально закручивается под действием внешних сил. Заявленная система обезвешивания работает в обратном режиме - при вращении объекта испытаний трос всегда остается в незакрученном состоянии за счет поворота опоры тросового подвеса.

2) Система обезвешивания горизонтального движения (патент РФ №2372601), которая относится к испытательной технике и может быть использована для проведения испытаний горизонтально перемещающихся механических систем, в том числе космических аппаратов, в процессе проверки их функционирования при проведении наземной отработки конструкций.

Задача, решаемая полезной моделью, заключается в создании системы одноосевого обезвешивания космического аппарата при наземной отработке со штатным набором бортового оборудования и штатными исполнительными органами.

В простейшем тросовом подвесе, представляющем из себя систему «крепеж в потолке помещения, трос и подвешенный на него космический аппарат», при вращении аппарата в закручиваемом тросе происходит накопление и увеличение вредного для эксперимента вращательного момента. И если для малых углов закрутки (порядка 1-5 угловых градусов) в сочетании с длинным (порядка 2-5 метров) и гибким тросом значения вредного момента не велики, то с большими углами закрутки работа стенда попросту невозможна.

Техническим результатом является повышение качества реализации режима обезвешивания, за счет существенного снижения вредного вращательного момента, возникающего в подвесе, на котором размещается испытываемый космический аппарат.

Заявленный технический результат достигается тем, что в системе обезвешивания космического аппарата или другого испытываемого объекта при наземной отработке, обеспечивающей возможность одноосного вращения корпуса испытываемого объекта на гибком тросе, состоящей из тросового подвеса, подвешенного на нем испытываемого объекта и опоры, на которой закреплен сам тросовый подвес, согласно заявляемой полезной модели, система снабжена управляющим устройством, соединенным с исполнительным механизмом и бесконтактным датчиком, определяющим текущее угловое положение корпуса испытываемого объекта, при этом исполнительный механизм обеспечивает в режиме реального времени поворот опоры, на которой закреплен тросовый подвес, так, чтобы трос не был закручен на угол, больший, чем заданный в системе.

В систему с простейшим тросовым подвесом добавляются два элемента:

а) Бесконтактный датчик пространственного положения корпуса испытываемого объекта на стенде.

b) Исполнительный механизм обнуления накопленного в тросе вращательного момента.

Заявляемая полезная модель поясняется чертежом: на фиг. 1 изображена схема системы обезвешивания космического аппарата при наземной отработке. Пунктирными стрелками обозначено движение сигналов, синхронизирующих функционирование системы. На схеме цифрами обозначены:

1 - бесконтактный датчик пространственного положения корпуса аппарата;

2 - корпус аппарата;

3 - компьютер с программным обеспечением (управляющее устройство);

4 - исполнительный механизм;

5 - тросовый подвес.

Функционирование описанной технической системы происходит итерационно в режиме реального времени и заключается в том, что бесконтактный датчик пространственного положения (1) фиксирует все микроперемещения корпуса аппарата (2) в пределах малых угловых отклонений (порядка 1 углового градуса), эта информация обрабатывается компьютером со специальным программным комплексом (управляющим устройством) (3) и им выдается команда на исполнительный механизм (4), который производит доворачивание тросового подвеса (5) на такой же угол, на который повернулся космический аппарат. Таким образом, в любой момент времени при сколь угодно большом угле поворота аппарата относительно начального положения трос по всей длине может быть закручен на величину порядка 1 углового градуса.

Качественная характеристика системы, выражаемая в величине действующего вредного вращательного момента в подвесе, может существенно уменьшаться за счет увеличения длины троса, при этом вся остальная система не подвергается изменениям.

Исполнительный механизм, обеспечивающий поворот тросового подвеса, представляет собой опору с подшипниками и электродвигателем, вращение которого передается на ось опоры, а как следствие и на тросовый подвес.

Бесконтактный датчик положения корпуса может быть выполнен в формате оптического датчика движения поверхности или состоять из цифровой видеокамеры и компьютера со специальным программным обеспечением на основе технологии машинного зрения для анализа графического изображения.

Claims

Система обезвешивания космического аппарата или другого испытываемого объекта при наземной отработке, обеспечивающая возможность одноосного вращения корпуса испытываемого объекта на гибком тросе, состоящая из тросового подвеса, подвешенного на нем испытываемого объекта и опоры, на которой закреплен сам тросовый подвес, отличающаяся тем, что система снабжена управляющим устройством, соединенным с исполнительным механизмом и бесконтактным датчиком, определяющим текущее угловое положение корпуса испытываемого объекта, при этом исполнительный механизм обеспечивает в режиме реального времени поворот опоры, на которой закреплен тросовый подвес, так, чтобы трос не был закручен на угол, больший, чем заданный в системе.