RU2662620C1 - Device for control of the orientation of spacecrafts at approach - Google Patents

Device for control of the orientation of spacecrafts at approach Download PDF

Info

Publication number
RU2662620C1
RU2662620C1 RU2017110008A RU2017110008A RU2662620C1 RU 2662620 C1 RU2662620 C1 RU 2662620C1 RU 2017110008 A RU2017110008 A RU 2017110008A RU 2017110008 A RU2017110008 A RU 2017110008A RU 2662620 C1 RU2662620 C1 RU 2662620C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
target
axis
light source
light sources
spacecraft
Prior art date
Application number
RU2017110008A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Александр Георгиевич Варятин
Дмитрий Викторович Гетманцев
Алексей Павлович Фадеев
Антон Николаевич Зеленщиков
Original Assignee
Публичное акционерное общество "Ракетно-космическая корпорация "Энергия" имени С.П. Королева"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Публичное акционерное общество "Ракетно-космическая корпорация "Энергия" имени С.П. Королева" filed Critical Публичное акционерное общество "Ракетно-космическая корпорация "Энергия" имени С.П. Королева"
Priority to RU2017110008A priority Critical patent/RU2662620C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2662620C1 publication Critical patent/RU2662620C1/en

Links

Images

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64GCOSMONAUTICS; VEHICLES OR EQUIPMENT THEREFOR
    • B64G1/00Cosmonautic vehicles
    • B64G1/22Parts of, or equipment specially adapted for fitting in or to, cosmonautic vehicles
    • B64G1/24Guiding or controlling apparatus, e.g. for attitude control
    • B64G1/36Guiding or controlling apparatus, e.g. for attitude control using sensors, e.g. sun-sensors, horizon sensors
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64GCOSMONAUTICS; VEHICLES OR EQUIPMENT THEREFOR
    • B64G1/00Cosmonautic vehicles
    • B64G1/22Parts of, or equipment specially adapted for fitting in or to, cosmonautic vehicles
    • B64G1/64Systems for coupling or separating cosmonautic vehicles or parts thereof, e.g. docking arrangements
    • B64G1/646Docking or rendezvous systems

Abstract

FIELD: optics; electronic equipment.
SUBSTANCE: invention relates to optoelectron devices used in spacecraft motion control systems, mainly to the docking target of passive spacecraft. Target with a high absorption coefficient of its surface is located outside the port of docking. Axis OA of target (looking at us) is parallel to the axis OX of spacecraft. On basis (13) in the plane of the axes OB and OC, there are light sources (LS): disk LS (1), the first (2) and the second (5) linear LSs. Additional LSs: the first (3) and the second (4) are located at the center of LS (2), and the third (6) and the fourth (7) – at the center of LS (5). Lens hood (10) of LS (1) and the hole in inner ring (11) with an absorbent coating determine angular dimension (2α ≈ 3°) of emission cone of LS (1). LS (1) with a lens hood (10) serves to control the alignment of the axes of approaching spacecrafts. Outer ring (12) with a reflective coating serves to quickly locate LS (1). Photosensor (8) with control unit (9) of the LS allows to control the mutual orientation of the spacecrafts in a wide range of background illumination of the target. All LSs are equipped with shielding elements (15–17, 19–21), and linear LSs are also provided with lens hoods (14, 18).
EFFECT: technical result consists in increasing the ergonomic and functional characteristics of the device.
1 cl, 6 dwg

Description

Изобретение относится к области оптико-электронного приборостроения и предназначено для применения в системах управления движением (СУД) космического аппарата (КА) для обеспечения операций сближения и стыковки космических аппаратов.The invention relates to the field of optoelectronic instrumentation and is intended for use in motion control systems (SUD) of a spacecraft (KA) to ensure convergence and docking operations of spacecraft.

Аналогами предлагаемого устройства являются мишени стыковки, описанные в литературе: «Энциклопедия машиностроение, Том IV-22, Ракетно-космическая техника, книга 2, часть II, глава 4.4. Система управления движением и навигации. Москва «Машиностроение» 2014».Analogs of the proposed device are the docking targets described in the literature: “Encyclopedia of Mechanical Engineering, Volume IV-22, Rocket and Space Technology, Book 2, Part II, Chapter 4.4. Motion control and navigation system. Moscow "Engineering" 2014 ".

Актуальность применения мишеней в СУД КА подтверждается при каждом выполнении операции сближения и стыковки КА с международной космической станцией (МКС). Практически все порты для стыковки оборудованы мишенями, как для автоматического, так и для ручного контура управления КА.The relevance of the use of targets in the ACS of the spacecraft is confirmed by each operation of the approach and docking of the spacecraft with the international space station (ISS). Almost all ports for docking are equipped with targets for both automatic and manual spacecraft control loop.

Мишени используются в СУД КА при сближении и стыковке для определения взаимного положения системы координат мишени на пассивном КА и оптического визира космонавта ВСК4 или телевизионной камеры на активном КА. Мишени для ручного контура управления представляют собой металлическую конструкцию, имеющую основание с черным покрытием и нанесенным белым крестом, штангу, установленную перпендикулярно основанию по оси мишени, и выносной крест на конце штанги. Выносной крест имеет белое покрытие. При наблюдении по оси мишени в случае отсутствия рассогласования осей сближающихся КА, выносной крест совпадает с крестом на основании мишени.Targets are used in the spacecraft COD during rapprochement and docking to determine the relative position of the target coordinate system on the passive spacecraft and the optical sight of the astronaut VSK4 or a television camera on the active spacecraft. Targets for the manual control loop are a metal structure having a base with a black coating and a white cross, a rod mounted perpendicular to the base along the axis of the target, and a remote cross at the end of the rod. The cross is white coated. When observing along the axis of the target in the absence of a mismatch of the axes of the approaching spacecraft, the remote cross coincides with the cross at the base of the target.

Однако недостатком этих мишеней является то, что их видимость зависит от условий освещения. На дневной стороне орбиты при определенных углах Солнца, бывает такое освещение станции, к которой стыкуется КА, что мишень находится в тени элементов конструкции, тогда как остальная часть станции ярко освещена. В этом случае на телевизионном изображении мишень будет плохо различима из-за большого перепада яркостей. На ночной стороне орбиты освещение станции и мишени при сближении производится с помощью светодиодной фары, установленной на КА. Из-за параллакса между осью визирования ТВ камеры и осью излучения фары, на близком расстоянии между 5 и 3 м мишень освещена неравномерно: основание находится в конусе поля излучения фары, а выносной крест - за пределами этого конуса. В результате, из-за большого перепада яркостей, выносной крест в этой «мертвой» зоне пропадает на ТВ изображении, а оператор не может контролировать угол отклонения от оси визирования.However, the disadvantage of these targets is that their visibility depends on the lighting conditions. On the day side of the orbit at certain angles of the Sun, there is such a lighting of the station, to which the spacecraft is joined, that the target is in the shadow of the structural elements, while the rest of the station is brightly lit. In this case, on a television image, the target will be poorly distinguishable due to the large difference in brightness. On the night side of the orbit, the station and the target are illuminated when approaching using an LED headlight mounted on the spacecraft. Due to the parallax between the axis of view of the TV camera and the axis of radiation of the headlight, at a close distance between 5 and 3 m the target is not uniformly illuminated: the base is in the cone of the field of radiation of the headlight, and the remote cross is outside this cone. As a result, due to the large difference in brightness, the remote cross in this “dead” zone disappears on the TV image, and the operator cannot control the angle of deviation from the axis of sight.

За прототип может быть принято устройство, представленное в патенте RU 2486112 «Устройство для контроля ориентации пассивных космических аппаратов». Данное устройство содержит корпус с отверстиями и дифракционными решетками, расположенными под углом 90° друг к другу, выполняющими функции мишени, а также осветитель. При наблюдении устройства вдоль его оси, в зависимости от его разворота меняется цвет отраженного от дифракционных решеток излучения осветителя в устройстве.The device presented in patent RU 2486112 "Device for controlling the orientation of passive spacecraft" can be taken as a prototype. This device includes a housing with holes and diffraction gratings located at an angle of 90 ° to each other, performing the functions of a target, as well as a illuminator. When observing the device along its axis, depending on its turn, the color of the illuminator radiation reflected from the diffraction gratings in the device changes.

Недостатком данного устройства является низкая эффективность использования энергии осветителя, так как до приемника излучения (телевизионная камера или глаз оператора при наблюдении в оптический визир) доходит излучение в узком спектральном диапазоне, из-за разложения в спектр излучения осветителя на дифракционных решетках. Еще одним недостатком является то, что данное устройство не будет выполнять свое функциональное назначение при наблюдении его с помощью черно-белой телевизионной камеры, так как информация об участке спектра, связанном с углом разворота дифракционной решетки, а следовательно, и устройства для черно-белой телевизионной камеры отсутствует.The disadvantage of this device is the low efficiency of using the energy of the illuminator, since radiation in a narrow spectral range reaches the radiation receiver (a television camera or the operator’s eye when observing in an optical sight), due to the decomposition into the emission spectrum of the illuminator on diffraction gratings. Another disadvantage is that this device will not fulfill its functional purpose when observing it with a black-and-white television camera, since information about the portion of the spectrum associated with the angle of rotation of the diffraction grating, and therefore the device for black-and-white television no camera.

Задачей настоящего изобретения является повышение эргономических характеристик и расширение функциональных возможностей устройства по контролю взаимной ориентации сближающихся космических аппаратов.The objective of the present invention is to increase ergonomic characteristics and expand the functionality of the device to control the mutual orientation of the converging spacecraft.

Технический результат достигается тем, что в устройстве контроля ориентации космических аппаратов при сближении, содержащем мишень с источниками света, в отличие от известных в начале системы координат ОАВС мишени расположен дисковый источник света с осью излучения, совпадающей с осью OA, снабженный блендой, выходной конец которой окаймлен двумя кольцами, - внутренним с высоким коэффициентом поглощения, - внешним с высоким коэффициентом отражения, вдоль осей ОВ и ОС расположены линейные источники света, снабженные блендами, на выходных концах которых расположены экранирующие элементы в виде параллелограммов, плоскости которых параллельны плоскости ОВС, причем длинные стороны параллелограммов имеют острый угол с осями ОВ и ОС, а также дополнительные источники света расположены в плоскости ОВС внутри бленд линейных источников света на линиях, перпендикулярных осям ОВ и ОС и проходящих через центры линейных источников света, экранирующие элементы для дополнительных источников света в виде прямоугольников, стороны которых параллельны осям ОВ, ОС расположены на выходных концах бленд линейных источников света, на внешней поверхности мишени установлен фотодатчик, электрически связанный с блоком управления источниками света, все поверхности мишени покрыты материалом с высоким коэффициентом поглощения света.The technical result is achieved by the fact that in the device for controlling the orientation of spacecraft during approach, containing a target with light sources, in contrast to the targets known at the beginning of the OAVS coordinate system, there is a disk light source with an axis of radiation coinciding with the OA axis, equipped with a hood, the output end of which bordered by two rings, - the inner one with a high absorption coefficient, - the outer one with a high reflection coefficient, along the axis ОВ and ОС there are linear light sources equipped with hoods, at the weekend which screening elements are located in the form of parallelograms, the planes of which are parallel to the OVS plane, the long sides of the parallelograms have an acute angle with the OV and OS axes, and additional light sources are located in the OVS plane inside the blends of linear light sources on lines perpendicular to the OV and OS axes and passing through the centers of linear light sources, screening elements for additional light sources in the form of rectangles, the sides of which are parallel to the axes of the OB, the OS are located at the output ontsah blend of linear light sources on the outer surface of the target set photodetector electrically connected to the light source control unit, all of the target surface are covered with a material with high light absorption coefficient.

Технический результат достигается за счет обеспечения возможности использования устройства в системе управления движением активного КА при выполнении операций контроля взаимной ориентации активного и пассивного КА при любых условиях освещения как на дневной, так и на ночной стороне орбиты.The technical result is achieved by ensuring the possibility of using the device in the motion control system of an active spacecraft when performing operations to control the relative orientation of the active and passive spacecraft under any lighting conditions on both the day and night sides of the orbit.

Суть изобретения поясняется графическими материалами:The essence of the invention is illustrated by graphic materials:

фиг. 1 - схема предлагаемого устройства;FIG. 1 is a diagram of the proposed device;

фиг. 2 - сечение D-D;FIG. 2 - section D-D;

фиг. 3 - сечение Е-Е;FIG. 3 - section EE;

фиг. 4 - вид изображения на экране монитора оператора при развороте мишени стыковки в плоскости АОС вокруг оси ОВ;FIG. 4 is a view of the image on the operator’s monitor when the docking target is rotated in the AOS plane around the axis of the OB;

фиг. 5 - схема экспериментальной установки;FIG. 5 is a diagram of an experimental setup;

фиг. 6 - телевизионные изображения действующего макета мишени стыковки.FIG. 6 - television images of the current layout of the target dock.

Перечень позиций:The list of positions:

1 - дисковый источник света,1 - disk light source,

2 - первый линейный источник света,2 - the first linear light source,

3 - первый дополнительный источник света,3 - the first additional light source,

4 - второй дополнительный источник света,4 - the second additional light source,

5 - второй линейный источник света,5 - the second linear light source,

6 - третий дополнительный источник света,6 - the third additional light source,

7 - четвертый дополнительный источник света,7 - the fourth additional light source,

8 - фотодатчик,8 - photosensor,

9 - блок управления источниками света,9 - light source control unit,

10 - бленда для дискового источника света,10 - a hood for a disk light source,

11 - внутреннее кольцо с поглощающим покрытием,11 - the inner ring with an absorbing coating,

12 - внешнее кольцо с отражающим покрытием,12 - outer ring with a reflective coating,

13 - основание мишени,13 - the base of the target,

14 - бленда первого линейного источника света,14 - hood of the first linear light source,

15 - экранирующий элемент для первого дополнительного источника света,15 is a screening element for a first additional light source,

16 - экранирующий элемент для первого линейного источника света,16 is a screening element for a first linear light source,

17 - экранирующий элемент для второго дополнительного источника света,17 is a screening element for a second additional light source,

18 - бленда второго линейного источника света,18 - a hood of a second linear light source,

19 - экранирующий элемент для третьего дополнительного источника света,19 is a shielding element for a third additional light source,

20 - экранирующий элемент для четвертого дополнительного источника света,20 is a shielding element for a fourth additional light source,

21 - экранирующий элемент для второго линейного источника света,21 is a shielding element for a second linear light source,

22 - экран монитора оператора,22 is an operator monitor screen,

23 - персональный компьютер,23 - personal computer

24 - телевизионная камера,24 - television camera

25 - действующий макет мишени стыковки,25 - current layout of the target docking,

26 - лабораторный источник питания,26 is a laboratory power source,

27 - светодиодная фара,27 - LED headlight

28 - светильник «МАРС-500»,28 - lamp "MARS-500",

29 - поворотный столик,29 - turntable,

30 - фон,30 - background

А - ось OA мишени стыковки (ось визирования),A - axis OA of the target of the docking (axis of sight),

В - ось ОВ мишени стыковки,B - axis OB of the target of the docking,

С - ось ОС мишени стыковки.C is the axis of the OS of the docking target.

Мишень стыковки устанавливается на корпусе пассивного КА снаружи вблизи порта для стыковки так, что ось OA мишени стыковки параллельна оси ОХ КА. На основании 13 мишени в плоскости ОВС расположены источники света: дисковый источник света 1 - в начале системы координат ОАВС, первый линейный источник света 2, совпадающий с осью ОВ, второй линейный источник света 5, совпадающий с осью ОС, дополнительные источники света: первый 3 и второй 4 расположены на линии, перпендикулярной оси ОВ и проходящей через центр линейного источника света 2, а третий 6 и четвертый 7 расположены на линии, перпендикулярной оси ОС и проходящей через центр линейного источника света 5. Бленда 10 для дискового источника света 1 вместе с отверстием во внутреннем кольце с поглощающим покрытием 11 определяет угловой размер конуса поля излучения для дискового источника света 1. Этот угол составляет 2α ≈ 3° (определяется предельным допустимым углом рассогласования осей на конечном участке сближения двух КА при расстоянии ~ 3 м). Дисковый источник света 1 вместе с блендой 10 предназначен для контроля соосности осей сближающихся КА. Внешнее кольцо 12 с отражающим покрытием предназначено для быстрого обнаружения местоположения дискового источника света 1. При нулевом рассогласовании ось дискового источника света 1 совпадает с осью визирования телевизионной камеры стыковки, расположенной на активном КА. На фиг. 4 показано изображение на мониторе оператора, когда угол рассогласования составляет ~ 2° и дисковый источник света 1 почти полностью экранирован кольцевыми элементами 11, 12. Симметричное положение изображения дискового источника света 1 относительно горизонтальной оси изображений кольцевых элементов 11, 12 свидетельствует о том, что разворот мишени был в плоскости АОС вокруг оси ОВ мишени. Бленда 14 вместе экранирующими элементами 15, 16, 17 определяют форму и угловые размеры поля излучения линейного источника света 2, расположенного вдоль оси ОВ, а также первого 3 и второго 4 дополнительных источников света. Бленда 18 вместе экранирующими элементами 19, 20, 21 определяют форму и угловые размеры поля излучения второго линейного источника света 5, а также третьего 6 и четвертого 7 дополнительных источников света. На фиг. 4 видно, что изображения первого линейного источника света 2 и первого дополнительного источника света 3 не закрыты изображениями экранирующих элементов 15 и 16. Это свидетельствует о том, что разворот мишени произведен вокруг оси ОВ в плоскости АОС против часовой стрелки. Если бы разворот был произведен по часовой стрелке, то на фиг. 4 было бы видно изображение первого линейного источника света 2 и второго дополнительного источника света 4. При совпадении осей линейные источники света 2 и 5 полностью перекрыты экранирующими элементами 16 и 21, а дополнительные источники света 3, 4, 6, 7 полностью перекрыты экранирующими элементами 15, 17, 19, 20. Длина видимого изображения линейного источника света 2 зависит от взаимного угла разворота оси OA мишени и оси визирования телевизионной камеры КА в плоскости АОС. Угол β, показанный в сечении Е-Е на фигуре 3, определяется из выражения:The docking target is mounted on the passive spacecraft body on the outside near the docking port so that the axis OA of the docking target is parallel to the axis OX of the spacecraft. Based on the 13th target in the OVS plane, there are light sources: a disk light source 1 - at the beginning of the OAWS coordinate system, the first linear light source 2, coinciding with the axis of the OB, the second linear light source 5, coinciding with the axis of the OS, additional light sources: the first 3 and the second 4 are located on a line perpendicular to the axis of the OB and passing through the center of the linear light source 2, and the third 6 and the fourth 7 are located on the line perpendicular to the axis of the OS and passing through the center of the linear light source 5. Lens 10 for a disk source with Veta 1, together with the hole in the inner ring with an absorbing coating 11, determines the angular size of the cone of the radiation field for the disk light source 1. This angle is 2α ≈ 3 ° (determined by the maximum permissible angle of misalignment of the axes in the final section of the approach of two spacecraft at a distance of ~ 3 m) . The disk light source 1 together with the hood 10 is designed to control the alignment of the axes of the approaching spacecraft. The outer ring 12 with a reflective coating is designed to quickly detect the location of the disk light source 1. With zero mismatch, the axis of the disk light source 1 coincides with the axis of view of the television docking camera located on the active SC. In FIG. 4 shows the image on the operator’s monitor when the mismatch angle is ~ 2 ° and the disk light source 1 is almost completely shielded by the ring elements 11, 12. The symmetrical position of the image of the disk light source 1 relative to the horizontal axis of the images of the ring elements 11, 12 indicates that the turn The target was in the AOS plane around the axis of the target. The hood 14 together with the shielding elements 15, 16, 17 determine the shape and angular dimensions of the radiation field of a linear light source 2 located along the axis OB, as well as the first 3 and second 4 additional light sources. The hood 18 together with the shielding elements 19, 20, 21 determine the shape and angular dimensions of the radiation field of the second linear light source 5, as well as the third 6 and fourth 7 additional light sources. In FIG. Figure 4 shows that the images of the first linear light source 2 and the first additional light source 3 are not covered by images of the shielding elements 15 and 16. This indicates that the target was rotated around the axis OB in the AOS plane counterclockwise. If the turn were made clockwise, then in FIG. 4, the image of the first linear light source 2 and the second additional light source 4 would be visible. If the axes coincide, the linear light sources 2 and 5 are completely blocked by the shielding elements 16 and 21, and the additional light sources 3, 4, 6, 7 are completely blocked by the shielding elements 15 , 17, 19, 20. The length of the visible image of the linear light source 2 depends on the mutual rotation angle of the axis OA of the target and the axis of sight of the television camera in the AOS plane. The angle β shown in section EE in figure 3 is determined from the expression:

Figure 00000001
Figure 00000001

где b - ширина экранирующего элемента 16,where b is the width of the shielding element 16,

h - высота бленды 14.h is the height of the hood 14.

При угле отклонения линии визирования телевизионной камеры от оси мишени на угол βE-E, на мониторе оператора на изображении мишени будет видна только половина линейного источника света 2, вторая половина источника будет перекрыта экранирующим элементом 16. Дополнительный источник света 3 также будет виден на телевизионном изображении, так как при угле отклонения линии визирования, равном βE-E, экранирующий элемент 15 не перекрывает лучи от дополнительного источника света 3. Для других сечений выражение (1) преобразуется к виду:If the line of sight of the television camera deviates from the target axis by the angle β EE , only half of the linear light source 2 will be visible on the operator’s monitor on the target image, the second half of the source will be covered by a shielding element 16. An additional light source 3 will also be visible on the television image, since when the angle of deviation of the line of sight is equal to β EE , the screening element 15 does not overlap the rays from an additional light source 3. For other sections, expression (1) is converted to:

Figure 00000002
Figure 00000002

где k - отношение длины видимой части линейного источника света к его полной длине. Для небольших углов отклонения (β≤4° ≈ 0,07 рад) выражение (2) преобразуем к виду:where k is the ratio of the length of the visible part of the linear light source to its total length. For small deviation angles (β≤4 ° ≈ 0.07 rad), expression (2) is transformed to:

Figure 00000003
Figure 00000003

При углах отклонения

Figure 00000004
с помощью линейных источников света оператор будет определять только направление угла отклонения от оси, а значение угла отклонения от оси визирования по положению центра изображения кольца 12 с отражающим покрытием относительно центра телевизионного изображения на мониторе оператора. Угол γ между осями ОВ, ОС и соответствующими длинными сторонами экранирующих элементов 16 и 21 линейных источников света 2 и 5, определяется из выражения:At deflection angles
Figure 00000004
using linear light sources, the operator will only determine the direction of the angle of deviation from the axis, and the value of the angle of deviation from the axis of sight by the position of the center of the image of the ring 12 with a reflective coating relative to the center of the television image on the operator’s monitor. The angle γ between the axes OB, OS and the corresponding long sides of the shielding elements 16 and 21 of the linear light sources 2 and 5, is determined from the expression:

Figure 00000005
Figure 00000005

где l - длина линейного источника света. При небольших углах γ (γ≤5°) выражение (4) приводится к виду:where l is the length of the linear light source. For small angles γ (γ≤5 °), expression (4) is reduced to the form:

Figure 00000006
Figure 00000006

Для нижнего края бленды 14 k=1. Подставив b из выражения (3) в (5), получим:For the lower edge of the hood, 14 k = 1. Substituting b from expression (3) into (5), we obtain:

Figure 00000007
Figure 00000007

Таким образом, выражение (6) определяет зависимость между конструктивными параметрами мишени h, l, γ и границей диапазона измеряемых углов βk=1 с помощью линейных источников света 14, 18.Thus, expression (6) determines the relationship between the design parameters of the target h, l, γ and the boundary of the range of measured angles β k = 1 using linear light sources 14, 18.

Фотодатчик 8, расположенный на наружной поверхности блока управления источниками света 9, предназначен для измерения уровня внешней засветки мишени. Сигнал с фото-датчика 8 поступает в блок управления источниками света 9, который выполнен, например, как широтно-импульсный модулятор (ШИМ), управляющий длительностью импульсов включения источников света мишени, выполненных, например, на базе регулируемых светодиодных излучателей. Регулировочная характеристика рассчитывается так, чтобы усредненная за период модуляции яркость свечения источников света увеличивалась при увеличении фоновой засветки мишени и уменьшалась при снижении фоновой засветки. Это позволяет телевизионной камере стыковки с матрицей типа CMOS и автоматической регулировкой экспозиции обеспечивать получение изображение мишени без эффекта ослепления матрицы. Для увеличения коэффициента поглощения и устранения паразитных отражений, все поверхности мишени, кроме поверхности внешнего кольца 12 с отражающим покрытием, выполненным, например, на основе катафотов, либо отражательных микропризм, покрыты материалом с высоким коэффициентом поглощения, например, пластинами из вспененного алюминия с размерами пор ~ 0,1÷0,5 мм и имеющими черное матовое покрытие. Возможно использование и более эффективных поглощающих материалов, например, на базе нанотрубок, при наличии технологических процессов по их производству.A photosensor 8 located on the outer surface of the light source control unit 9 is designed to measure the level of external illumination of the target. The signal from the photo sensor 8 enters the control unit of the light sources 9, which is made, for example, as a pulse-width modulator (PWM), which controls the duration of the pulses for switching on the light sources of the target, made, for example, based on adjustable LED emitters. The adjustment characteristic is calculated so that the brightness of the light sources averaged over the period of modulation increases with an increase in the background illumination of the target and decreases with a decrease in the background illumination. This allows the television camera docking with a CMOS-type matrix and automatic exposure control to provide a target image without the effect of dazzling the matrix. To increase the absorption coefficient and eliminate spurious reflections, all surfaces of the target, except for the surface of the outer ring 12 with a reflective coating made, for example, based on reflectors or reflective microprisms, are coated with a material with a high absorption coefficient, for example, foamed aluminum plates with pore sizes ~ 0.1 ÷ 0.5 mm and having a black matte finish. It is possible to use more efficient absorbing materials, for example, based on nanotubes, in the presence of technological processes for their production.

Для проверки возможности реализации предлагаемого изобретения в части возможности работы с мишенью, как в дневных, так и в ночных условиях с освещением от светодиодной фары, создана лабораторная экспериментальная установка, схема которой представлена на фиг. 5. Действующий макет мишени 25, записанный от лабораторного источника питания 26, установлен на поворотном столике 29 на расстоянии ~ 5 м от телевизионной камеры 24, подключенной к персональному компьютеру 23. Светотехническая обстановка, приближенная к солнечному освещению, создана с помощью светильника типа «МАРС-500», установленного на расстоянии ~ 0,5 м от действующего макета мишени 25 и светодиодной фары 27, закрепленной на стойке вблизи телевизионной камеры 24. Для имитации светотехнических условий на ночной стороне орбиты включается только светодиодная фара 27, а для имитации солнечной засветки дополнительно включается светильник «МАРС-500» 28. Макет мишени 28 установлен напротив телевизионной камеры 27. Рассогласование осей в горизонтальной плоскости производится с помощью поворотного столика 29.To test the feasibility of the invention in terms of the ability to work with the target, both in daytime and at night with light from the LED headlight, a laboratory experimental setup was created, the circuit of which is shown in FIG. 5. The current model of the target 25, recorded from the laboratory power source 26, is mounted on the turntable 29 at a distance of ~ 5 m from the television camera 24 connected to the personal computer 23. The lighting situation, close to sunlight, was created using a MARS type lamp -500 ”, installed at a distance of ~ 0.5 m from the current layout of target 25 and LED headlight 27 mounted on a stand near the television camera 24. To simulate lighting conditions on the night side of the orbit, only the todiodnaya lamp 27, and to simulate solar illumination lamp "MARS-500 'is further included the target 28. The layout 28 is mounted in front of the television camera 27. Mismatch axes in the horizontal plane is made by means of the turntable 29.

На фиг. 6 представлены изображения, полученные на лабораторной экспериментальной установке. Два верхних изображения соответствуют нулевому рассогласованию осей телекамеры 24 и макета мишени 25, так как изображение дискового источника света 1 находится в центре кольца с отражающим покрытием 12. Верхнее левое изображение соответствует условиям дневного солнечного освещения. Это видно по тени, отбрасываемой от макета мишени 25 на белом фоне 30 при включенном светильнике «МАРС-500» 28. На верхнем правом изображении светильник «МАРС-500» 28 выключен, что видно по отсутствию тени от макета мишени 25, но включена светодиодная фара 27, это видно по тени на белом фоне от выключенного светильника «МАРС-500» 28. На двух нижних изображениях условия освещения те же, что и верхних. Но макет мишени 25 развернут вокруг оси ОВ по часовой стрелке (если смотреть сверху вниз) в горизонтальной плоскости на угол ~ 4°. Об этом свидетельствует полное экранирование дискового источника света 1, а также отсутствие экранирования первого линейного источника света 2 и первого дополнительного источника света 3. Частичное экранирование первого линейного источника света 2 в виде уменьшения длины его изображения на экране монитора оператора происходит пропорционально углу разворота вокруг вертикальной оси. Освещенность от светильника «МАРС-500» 28 на поверхности макета мишени 25 составляла -120000 лк, а от светодиодной фары 27, при выключенном светильнике «МАРС-500» 28 составляла -1200 лк (для дистанции 5 м). Таким образом, отношение дневной освещенности к ночной для этой дистанции составляет

Figure 00000008
. Освещенность от фары изменяется обратно пропорционально отношению квадратов расстояний до мишени, а освещенность от Солнца неизменна. Поэтому для дистанции 30 м отношение дневной освещенности к ночной будет в
Figure 00000009
раз больше, т.е. 3600. При контроле оператором взаимной ориентации мишени на пассивном КА и телевизионной камеры на активном КА в процессе сближения и стыковки оператору необходимо отчетливо видеть изображение не только мишени, но и окружающие элементы конструкции пассивного КА, с которым производится сближение. Поэтому телевизионная камера подстраивается под средний уровень яркости в кадре. При переходе с дневной стороны орбиты на ночную, если не изменять яркость источников света мишени, их яркость на несколько порядков превысит порог насыщения приемника телевизионной камеры и работа по такому изображению будет некомфортна, либо невозможна. Для решения этой проблемы предназначен блок управления источниками света 9. Фотодатчик 8, установленный на внешней поверхности мишени, измеряет уровень внешней освещенности на поверхности мишени. Фотодатчик 8 имеет связь с блоком управления источниками света 9, который выполняет регулирование яркости источников света, чтобы она не превышала уровень насыщения приемника телевизионной камеры стыковки, а контраст яркости источников света и фона макета мишени стыковки был комфортным для наблюдения.In FIG. 6 presents images obtained in a laboratory experimental setup. The two upper images correspond to zero mismatch between the axes of the camera 24 and the layout of the target 25, since the image of the disk light source 1 is in the center of the ring with a reflective coating 12. The upper left image corresponds to the conditions of daylight sunlight. This can be seen from the shadow cast from the layout of target 25 on a white background 30 with the MARS-500 lamp 28 turned on. In the upper right image, the MARS-500 lamp 28 is turned off, which is visible by the absence of shadow from the layout of target 25, but the LED headlight 27, this can be seen by the shadow on a white background from the turned off lamp "MARS-500" 28. In the lower two images, the lighting conditions are the same as the upper ones. But the layout of the target 25 is rotated around the axis of the OB clockwise (if viewed from top to bottom) in the horizontal plane at an angle of ~ 4 °. This is evidenced by the complete shielding of the disk light source 1, as well as the absence of shielding of the first linear light source 2 and the first additional light source 3. Partial shielding of the first linear light source 2 in the form of reducing the length of its image on the operator’s monitor screen is proportional to the angle of rotation around the vertical axis . The illumination from the MARS-500 28 lamp on the surface of the target 25 layout was -120000 lux, and from the LED headlight 27, with the MARS-500 28 lamp turned off, it was -1200 lux (for a distance of 5 m). Thus, the ratio of daylight to night for this distance is
Figure 00000008
. The illumination from the headlight varies inversely with the ratio of the squares of the distances to the target, and the illumination from the Sun is unchanged. Therefore, for a distance of 30 m, the ratio of daylight to night will be in
Figure 00000009
times more i.e. 3600. When the operator controls the relative orientation of the target on the passive spacecraft and the television camera on the active spacecraft in the process of approaching and docking, the operator must clearly see the image not only of the target, but also the surrounding structural elements of the passive spacecraft with which it is approaching. Therefore, the television camera adjusts to the average brightness level in the frame. When switching from the day side of the orbit to the night one, if the brightness of the target light sources is not changed, their brightness will exceed the saturation threshold of the receiver of the television camera by several orders of magnitude and working on such an image will be uncomfortable or impossible. A light source control unit 9 is designed to solve this problem. A photosensor 8, mounted on the outer surface of the target, measures the level of external illumination on the surface of the target. The photosensor 8 is in communication with the light source control unit 9, which controls the brightness of the light sources so that it does not exceed the saturation level of the receiver of the television docking camera, and the contrast of the brightness of the light sources and the background of the layout of the docking target is comfortable for observation.

Предлагаемое устройство может быть использовано в качестве мишени стыковки в системе управления движением как пилотируемых КА, так и транспортных грузовых КА для обеспечения телеоператорного режима управления (ТОРУ).The proposed device can be used as a docking target in the motion control system of both manned spacecraft and cargo cargo spacecraft to provide a teleoperator control mode (TORU).

Claims (1)

Устройство контроля ориентации космических аппаратов при сближении, содержащее мишень с источниками света, отличающееся тем, что в начале системы координат ОАВС мишени расположен дисковый источник света с осью излучения, совпадающей с осью OA, снабженный блендой, выходной конец которой окаймлен двумя кольцами - внутренним с высоким коэффициентом поглощения и внешним с высоким коэффициентом отражения, вдоль осей ОВ и ОС расположены линейные источники света, снабженные блендами, на выходных концах которых расположены экранирующие элементы в виде параллелограммов, плоскости которых параллельны плоскости ОВС, причем длинные стороны параллелограммов имеют острый угол с осями ОВ и ОС, дополнительные источники света расположены в плоскости ОВС внутри бленд линейных источников света на линиях, перпендикулярных осям ОВ и ОС и проходящих через центры линейных источников света, экранирующие элементы для дополнительных источников света в виде прямоугольников, стороны которых параллельны осям ОВ и ОС, расположены на выходных концах бленд линейных источников света, на внешней поверхности мишени установлен фотодатчик, электрически связанный с блоком управления источниками света, все поверхности мишени покрыты материалом с высоким коэффициентом поглощения света.A device for controlling the orientation of spacecraft during approach, containing a target with light sources, characterized in that at the beginning of the OAVS coordinate system of the target there is a disk light source with an axis of radiation coinciding with the OA axis, equipped with a hood, the output end of which is bordered by two rings - the inner one with a high absorption coefficient and external with a high reflection coefficient, along the axis of the OB and OS are linear light sources equipped with hoods, at the output ends of which are shielding elements s are in the form of parallelograms, the planes of which are parallel to the OVS plane, with the long sides of the parallelograms having an acute angle with the OV and OS axes, additional light sources are located in the OVS plane inside the blend of linear light sources on lines perpendicular to the OV and OS axes and passing through the centers of linear sources light shielding elements for additional light sources in the form of rectangles, the sides of which are parallel to the axes of the OB and OS, are located at the output ends of the blends of linear light sources, on the outer On the surface of the target, a photo sensor is installed, electrically connected to the light source control unit, all surfaces of the target are coated with a material with a high light absorption coefficient.
RU2017110008A 2017-03-24 2017-03-24 Device for control of the orientation of spacecrafts at approach RU2662620C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2017110008A RU2662620C1 (en) 2017-03-24 2017-03-24 Device for control of the orientation of spacecrafts at approach

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2017110008A RU2662620C1 (en) 2017-03-24 2017-03-24 Device for control of the orientation of spacecrafts at approach

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2662620C1 true RU2662620C1 (en) 2018-07-26

Family

ID=62981602

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2017110008A RU2662620C1 (en) 2017-03-24 2017-03-24 Device for control of the orientation of spacecrafts at approach

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2662620C1 (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2694458C1 (en) * 2018-07-30 2019-07-15 Публичное акционерное общество "Ракетно-космическая корпорация "Энергия" имени С.П. Королёва" Device for near-spacecraft relative position control
RU196859U1 (en) * 2019-09-23 2020-03-18 Федеральное государственное бюджетное учреждение "Научно-исследовательский испытательный центр подготовки космонавтов имени Ю.А. Гагарина" Electronic screen of a sight
RU2730393C1 (en) * 2019-10-08 2020-08-21 Публичное акционерное общество "Ракетно-космическая корпорация "Энергия" имени С.П. Королёва" Device for controlling spacecraft mutual orientation

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5340060A (en) * 1991-10-14 1994-08-23 Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha Rendezvous docking optical sensor system
JPH08119200A (en) * 1994-10-27 1996-05-14 Nec Corp Laser radar for docking, and elimination method of interference light of laser radar for docking
RU2093432C1 (en) * 1993-08-17 1997-10-20 Ракетно-космическая корпорация "Энергия" им.С.П.Королева Device for check of orientation of object under observation
RU2304288C2 (en) * 2004-06-07 2007-08-10 Открытое акционерное общество "Ракетно-космическая корпорация "Энергия" имени С.П. Королева" Onboard optical locator for determining approach parameters of two spacecrafts
RU2486112C1 (en) * 2011-10-19 2013-06-27 Открытое акционерное общество "Ракетно-космическая корпорация "Энергия" имени С.П. Королева" Device to control passive spacecraft orientation

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5340060A (en) * 1991-10-14 1994-08-23 Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha Rendezvous docking optical sensor system
RU2093432C1 (en) * 1993-08-17 1997-10-20 Ракетно-космическая корпорация "Энергия" им.С.П.Королева Device for check of orientation of object under observation
JPH08119200A (en) * 1994-10-27 1996-05-14 Nec Corp Laser radar for docking, and elimination method of interference light of laser radar for docking
RU2304288C2 (en) * 2004-06-07 2007-08-10 Открытое акционерное общество "Ракетно-космическая корпорация "Энергия" имени С.П. Королева" Onboard optical locator for determining approach parameters of two spacecrafts
RU2486112C1 (en) * 2011-10-19 2013-06-27 Открытое акционерное общество "Ракетно-космическая корпорация "Энергия" имени С.П. Королева" Device to control passive spacecraft orientation

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2694458C1 (en) * 2018-07-30 2019-07-15 Публичное акционерное общество "Ракетно-космическая корпорация "Энергия" имени С.П. Королёва" Device for near-spacecraft relative position control
RU196859U1 (en) * 2019-09-23 2020-03-18 Федеральное государственное бюджетное учреждение "Научно-исследовательский испытательный центр подготовки космонавтов имени Ю.А. Гагарина" Electronic screen of a sight
RU2730393C1 (en) * 2019-10-08 2020-08-21 Публичное акционерное общество "Ракетно-космическая корпорация "Энергия" имени С.П. Королёва" Device for controlling spacecraft mutual orientation

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2662620C1 (en) Device for control of the orientation of spacecrafts at approach
US10992847B2 (en) Image device for generating a 360 degree depth map
CN106371202B (en) For long emergent pupil without burnt off-axis two anti-telescopic system solid debugging device and Method of Adjustment
KR20130114100A (en) Wide angle field of view active illumination imaging system
ES2632550T3 (en) Optronic supra-hemispheric vision system
CN110520776B (en) Image sensor module and illuminator integrated with the same
CN106796386B (en) Projection type display device
US8810806B2 (en) Optical system for measuring orientation and position without image formation with point source and mask
CN113167448B (en) Lighting device for vehicle
JP2021530750A (en) Portable imaging module
RU2543680C2 (en) Optical reflector with semi-reflecting plates for helmet position monitoring device and helmet having said device
US10345583B2 (en) Illumination Structure
RU2688959C1 (en) Navigation radio-optical group reflector with aluminum foil-coated edges
RU2694458C1 (en) Device for near-spacecraft relative position control
KR102618044B1 (en) Display module and display device for virtual reality
RU210085U1 (en) Lighting device for panoramic photo and video shooting
JP2002199253A (en) Lighting device for original for use in camera for paintings and calligraphy
US2508764A (en) Optical projection system
US9485491B2 (en) Optical system
KR20180056321A (en) Hyperspectral image acquisition apparatus for acquiring hyperspectral image of rock or mineral sample
RU2680445C1 (en) Device of all-aspect adaptive masking of objects from means of visual and optical and electronic surveillance
CN113464897A (en) Distributed projection lamp group system with enhanced brightness
KR20170119081A (en) Day and night telescopic sight
CN109581784B (en) Photographic device and light filtering module thereof
RU2730393C1 (en) Device for controlling spacecraft mutual orientation