RU2694458C1 - Device for near-spacecraft relative position control - Google Patents

Device for near-spacecraft relative position control Download PDF

Info

Publication number
RU2694458C1
RU2694458C1 RU2018127913A RU2018127913A RU2694458C1 RU 2694458 C1 RU2694458 C1 RU 2694458C1 RU 2018127913 A RU2018127913 A RU 2018127913A RU 2018127913 A RU2018127913 A RU 2018127913A RU 2694458 C1 RU2694458 C1 RU 2694458C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
target
spacecraft
cross
axis
spherical mirror
Prior art date
Application number
RU2018127913A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Алексей Павлович Фадеев
Алексей Владимирович Левицкий
Дмитрий Викторович Гетманцев
Александр Георгиевич Варятин
Original Assignee
Публичное акционерное общество "Ракетно-космическая корпорация "Энергия" имени С.П. Королёва"
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. Королёва" filed Critical Публичное акционерное общество "Ракетно-космическая корпорация "Энергия" имени С.П. Королёва"
Priority to RU2018127913A priority Critical patent/RU2694458C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2694458C1 publication Critical patent/RU2694458C1/en

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01BMEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B21/00Measuring arrangements or details thereof, where the measuring technique is not covered by the other groups of this subclass, unspecified or not relevant
    • G01B21/22Measuring arrangements or details thereof, where the measuring technique is not covered by the other groups of this subclass, unspecified or not relevant for measuring angles or tapers; for testing the alignment of axes
    • 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

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Instructional Devices (AREA)

Abstract

FIELD: instrument engineering.
SUBSTANCE: invention relates to the field of optoelectronic instrument making and is intended for use in spacecraft motion control systems. Claimed device for near-spacecrafts relative position control comprises a target mounted on passive spacecraft and emitters. In the output window of the target there is an emitter in form of a rectangular cross, the center of which crosses the origin of the coordinate system of the target OXYZ, axes of symmetry of sides of cross coincide with axes OY and OZ, axis OX is directed from center of cross-hair towards radiation. Behind the cross inside the target there is a spherical mirror whose optical axis coincides with the axis OX of the target. Between the cross and the spherical mirror there is an emitter with a mask facing the spherical mirror, at a distance from the mirror corresponding to the formation of a larger virtual mask image. Position of this image, visible from the side of the active spacecraft, against the backdrop of the luminous cross, makes it possible to estimate angular deviations of the axis of the passive spacecraft from the axis of the active spacecraft. Photodetector mounted on the outer surface of the target is electrically connected to the radiator control unit, which enables to control the orientation of the spacecraft in a wide range of background illumination of the target on the day and night side of the orbit.
EFFECT: high ergonomic characteristics and broader functional capabilities of the device for monitoring the relative position of spacecraft when approaching.
1 cl, 5 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 opto-electronic instrumentation and is intended for use in motion control systems (DMS) of a spacecraft (SC) to provide operations for the approach and docking of spacecraft.

Аналогами предлагаемого устройства являются мишени стыковки, используемые при проведении операций сближения и стыковки КА. Данные мишени описаны 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».Analogues of the proposed device are docking targets used in the operations of approaching and docking of the spacecraft. These targets are described in the literature: “Encyclopedia of Mechanical Engineering, Volume IV-22, Rocket and Space Technology, Book 2, Part II, Chapter 4.4. Traffic control and navigation system. Moscow "Mechanical Engineering" 2014 ".

Мишень стыковки 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. Мишени стыковки используют в ручном контуре управления движением КА и в автоматическом режиме для контроля оператором процесса сближения и стыковки. Наблюдения мишени стыковки проводятся через специальный оптический визир, либо с помощью телевизионной камеры. Недостатком таких мишеней является то, что их видимость зависит от условий освещения. На дневной стороне орбиты возможен такой случай освещения Солнцем КА, при котором из-за сложной конфигурации КА мишень стыковки может оказаться в тени от элементов конструкции КА, и мишень будет плохо различима на телевизионном изображении из-за большого перепада яркостей. На ночной стороне орбиты при сближении двух КА на активном КА для освещения второго КА используют светодиодную фару. Из-за параллакса между осью визирования телевизионной камеры и осью излучения фары, на расстоянии от пяти и трех м основание мишени находится в конусе излучения фары, а выносной крест - вне конуса, в полутени. В результате из-за большого перепада яркости выносной крест пропадает на телевизионном изображении.The docking target is a metal structure having a base with black coating and a white cross applied, a rod mounted perpendicular to the base along the axis of the target and an external cross at the end of the rod. Remote cross has a white coating. When observed along the target axis in the absence of a mismatch of the axes of converging spacecraft, the remote cross coincides with the cross on the basis of the target. Docking targets are used in the manual motion control loop of the spacecraft and in automatic mode for the operator to control the approach and docking process. Observations of the docking target are carried out through a special optical sight, or with the help of a television camera. The disadvantage of such targets is that their visibility depends on the lighting conditions. On the day side of the orbit, such a case of solar SC illumination is possible, where, due to the complex configuration of the spacecraft, the docking target may be in the shadow of the structural elements of the spacecraft, and the target will be poorly visible in the television image due to the large difference in brightness. On the night side of the orbit, when two spacecraft approach the active spacecraft, they use an LED headlight to illuminate the second spacecraft. Due to the parallax between the axis of sight of the television camera and the axis of radiation of the headlamp, at a distance of five and three meters, the base of the target is in the cone of radiation of the headlamp, and the remote cross is outside the cone in penumbra. As a result, due to the large difference in brightness, the remote cross disappears on the television image.

За прототип может быть принято устройство, представленное в патенте RU 2478185 С1 «Устройство определения пространственной ориентации объектов». Устройство содержит мишень с отражательными призмами, установленную на одном объекте (на пассивном космическом аппарате), а также два излучателя с марками, светоделитель, объектив, шторку и фотоприемное устройство, установленные на другом объекте. Излучатели и подсвечиваемые ими марки, лежат в плоскости, перпендикулярной фокальной плоскости объектива, причем марки лежат на линии пересечения этих плоскостей. Лучи от марок, пройдя через светоделитель и объектив, отразившись от мишени, попадают в объектив и, пройдя через светоделитель, попадают на фотоприемное устройство, связанное с вычислителем. Поворотная шторка перед объективом, перекрывающая поочередно лучи от одного или другого излучателя, предназначена для подфокусировки объектива для каждого из изображений двух масок. По местоположению изображения масок на фотоприемном устройстве, вычисляется относительное угловое положение двух объектов в одной плоскости.The prototype can be taken device, presented in the patent RU 2478185 C1 "Device for determining the spatial orientation of objects." The device contains a target with reflective prisms installed on one object (on a passive spacecraft), as well as two emitters with marks, a beam splitter, a lens, a shutter and a photoreceiver installed on another object. The emitters and the marks illuminated by them lie in the plane perpendicular to the focal plane of the lens, and the marks lie on the line of intersection of these planes. The rays from the marks, passing through the beam splitter and the lens, reflected from the target, fall into the lens and, passing through the beam splitter, fall on the photoreceiver associated with the computer. A rotary shutter in front of the lens, alternately overlapping the rays from one or another radiator, is designed to sub-focus the lens for each of the images of the two masks. According to the location of the mask image on the photodetector, the relative angular position of two objects in the same plane is calculated.

Недостатком данного устройства, применительно к решению задачи контроля взаимного положения двух КА, является то, что оно позволяет контролировать угловые перемещения только в одной плоскости. Другими недостатками является наличие механизмов: поворотная шторка, механизм фокусировки объектива, что в условиях космического полета уменьшает коэффициент надежности.The disadvantage of this device, in relation to the solution of the problem of monitoring the relative position of two spacecraft, is that it allows you to control the angular displacement in only one plane. Other disadvantages are the presence of mechanisms: a rotary shutter, a lens focusing mechanism, which, under space flight conditions, reduces the reliability coefficient.

Задачей настоящего изобретения является повышение эргономических характеристик и расширение функциональных возможностей устройства по контролю взаимной ориентации космических аппаратов при сближении.The present invention is to improve the ergonomic characteristics and the expansion of the functional capabilities of the device to control the relative orientation of the spacecraft when approaching.

Технический результат достигается тем, что в устройстве контроля взаимного положения сближающихся космических аппаратов, содержащем мишень, установленную на пассивном космическом аппарате, а также излучатели, в отличие от известного, излучатель в виде прямоугольного креста расположен в плоскости выходного окна мишени, за ним расположено сферическое зеркало, оптическая ось которого перпендикулярна плоскости выходного окна и проходит через центр перекрестья, между крестом и сферическим зеркалом расположен излучатель с маской, обращенной в сторону сферического зеркала и расположенной на расстоянии, соответствующим образованию увеличенного мнимого изображения маски, имеющего вид светящегося кольца с четырьмя биссекторами вокруг него, причем оптическая ось сферического зеркала пересекает центр светящегося кольца, а оси симметрии биссекторов совпадают с осями симметрии сторон креста, на внешней передней поверхности мишени расположен фотоприемник, электрически связанный с блоком управления излучателями.The technical result is achieved by the fact that in the device for monitoring the relative position of approaching spacecraft containing a target mounted on a passive spacecraft, as well as emitters, in contrast to the known, the emitter in the form of a rectangular cross is located in the plane of the target window of the target, behind it is a spherical mirror The optical axis of which is perpendicular to the plane of the exit window and passes through the center of the crosshair, between the cross and the spherical mirror there is an emitter with a mask facing spherical mirror and located at a distance corresponding to the formation of an enlarged imaginary image of a mask having the form of a luminous ring with four bisectors around it, the optical axis of the spherical mirror intersecting the center of the luminous ring and the symmetry axes of the sides of the cross on the outer The front surface of the target is a photodetector electrically connected to the control unit emitters.

Технический результат достигается за счет обеспечения возможности использования устройства в системе управления движением активного КА, при выполнении контроля взаимной ориентации при сближении с пассивным КА при любых светотехнических условиях, как на дневной, так и на ночной стороне орбиты.The technical result is achieved by allowing the device to be used in the motion control system of an active spacecraft, when performing mutual orientation control when approaching a passive spacecraft under any lighting conditions, both on the day and on the night side of the orbit.

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

фиг. 1 - Сечение мишени в плоскости XOZ;FIG. 1 - Target cross section in the XOZ plane;

фиг. 2 - Вид А;FIG. 2 - Type A;

фиг. 3 - Взаимное положение систем координат двух КА;FIG. 3 - Mutual position of the coordinate systems of two spacecraft;

фиг. 4 - Вид мишени со стороны активного КА при разворотах мишени вокруг оси OY на угол ϑ и вокруг оси OZ на угол ψ;FIG. 4 - View of the target from the side of the active spacecraft when the target turns around the OY axis at an angle ϑ and around the OZ axis at an angle;

фиг. 5 - Функциональная схема устройства.FIG. 5 - Functional diagram of the device.

Перечень позиций:List of positions:

1 - излучатель в виде прямоугольного креста,1 - emitter in the form of a rectangular cross,

2 - сферическое зеркало,2 - spherical mirror,

3 - излучатель с маской,3 - emitter with mask,

4 - корпус мишени,4 - target body

5 - маска,5 - mask

6 - плоскость локализации изображения светящейся маски, полученного с помощью сферического зеркала,6 - the plane of localization of the image of a luminous mask obtained using a spherical mirror,

7 - увеличенное сферическим зеркалом изображение светящегося кольца маски,7 is an image of a luminous mask enlarged by a spherical mirror,

8 - увеличенное сферическим зеркалом изображение светящихся биштрихов маски,8 is an enlarged spherical mirror image of luminous Bishtrich masks,

9 - фотоприемник,9 - photodetector,

10 - блок управления излучателями, к - точка в плоскости маски,10 - control unit emitters, to - point in the plane of the mask,

k' - изображение точки к маски в плоскости изображения,k '- the image of the point to the mask in the image plane,

F - точка фокуса сферического зеркала,F is the focal point of the spherical mirror,

Figure 00000001
- расстояние от плоскости прямоугольного креста до плоскости маски,
Figure 00000001
- the distance from the plane of the rectangular cross to the plane of the mask,

Figure 00000002
- расстояние от плоскости маски до точки O1 сферического зеркала,
Figure 00000002
- the distance from the plane of the mask to the point O 1 of the spherical mirror,

р - расстояние от плоскости прямоугольного креста до точки F,p is the distance from the plane of the rectangular cross to the point F,

ƒ - фокусное расстояние сферического зеркала,ƒ is the focal length of the spherical mirror,

х - расстояние от точки F до плоскости маски,x is the distance from point F to the plane of the mask,

х' - расстояние от точки F до плоскости изображения маски.x 'is the distance from point F to the plane of the mask image.

Объемная мишень с излучателями устанавливается на корпусе пассивного КА снаружи вблизи порта для стыковки так, что ось ОХ мишени параллельна оси ОХ КА. В выходном окне 5 мишени расположен излучатель в виде прямоугольного креста 1. Оси симметрии сторон креста совпадают с осями OY и OZ мишени, а центр перекрестья совпадает с точкой О, являющейся началом системы координат мишени OXYZ. Внутри объемной мишени расположено сферическое зеркало 2, оптическая ось которого O1F совпадает с осью ОХ. На оси ОХ, между крестом 1 и сферическим зеркалом 2 расположен излучатель 3 с маской 5, совпадающей с плоскостью перпендикулярной оптической оси O1F сферического зеркала 2. Маска имеет вид кольца, центр которого лежит на оси O1F, а также четырех излучателей в виде биштрихов, расположенных с шагом 90°, снаружи кольца. Изображение маски 5 в сферическом зеркале 2 локализовано в плоскости 6, перпендикулярной оси ОХ. В соответствии с законами геометрической оптики, положение объекта и его изображения, получаемого с помощью оптической системы, в нашем случае сферического зеркала 2, можно определить по формуле:A volumetric target with radiators is mounted on the body of a passive spacecraft outside near the docking port so that the axis OX of the target is parallel to the axis OX KA. In the exit window 5 of the target, the emitter is located in the form of a rectangular cross 1. The axes of symmetry of the sides of the cross coincide with the axes OY and OZ of the target, and the center of the crosshair coincides with the point O, which is the origin of the coordinate system of the OXYZ target. Inside the bulk target there is a spherical mirror 2, the optical axis of which O 1 F coincides with the axis OX. On the OX axis, between the cross 1 and the spherical mirror 2, there is an emitter 3 with a mask 5 that coincides with the plane perpendicular to the optical axis O 1 F of the spherical mirror 2. The mask has the form of a ring whose center lies on the axis O 1 F and also as bishtrikhs located in 90 ° increments, outside the ring. The image of the mask 5 in the spherical mirror 2 is localized in the plane 6, perpendicular to the axis OX. In accordance with the laws of geometrical optics, the position of an object and its image obtained using an optical system, in our case a spherical mirror 2, can be determined by the formula:

Figure 00000003
Figure 00000003

где х - расстояние от точки фокуса F до точки О2, являющейся проекцией точки к маски 5 на оптическую ось O1F,where x is the distance from the point of focus F to the point O 2 , which is the projection of the point to the mask 5 on the optical axis O 1 F,

х' - расстояние от точки F до точки

Figure 00000004
- проекции точки k' на оптическую ось O1F,x 'is the distance from point F to point
Figure 00000004
- the projection of the point k 'on the optical axis O 1 F,

ƒ - фокусное расстояние зеркала.ƒ is the focal length of the mirror.

Линейное увеличение β изображения маски 5, расположенного в плоскости 6 по законам геометрической оптики определяется по формуле:The linear increase in β of the image of the mask 5, located in the plane 6 according to the laws of geometric optics, is determined by the formula:

Figure 00000005
Figure 00000005

Для предохранения от перегрева прямоугольного креста и излучателя с маской при попадании прямого излучения Солнца в угловое поле сферического зеркала, должно быть такое расстояние р между точкой фокуса F сферического зеркала и положением прямоугольного креста, чтобы не было сфокусированного изображения Солнца на поверхности прямоугольного креста, обращенной к сферическому зеркалу.To protect against overheating of the rectangular cross and the emitter with a mask when the direct radiation of the Sun enters the angular field of the spherical mirror, there must be a distance p between the point of focus F of the spherical mirror and the position of the rectangular cross so that there is no focused image of the Sun on the surface of the rectangular cross facing spherical mirror.

На фиг. 2 показано взаимное положение прямоугольного креста 1 мишени, сферического зеркала 2, изображения светящегося кольца 7 и биштрихов 8 при совпадении положения оси визирования ОАХА с осью ОХ мишени.FIG. 2 shows the relative position of the rectangular cross the target 1, the spherical mirror 2, an image of the luminous rings 7 and 8 in coincidence bishtrihov position sighting axis O A X A with the x-axis target.

При развороте мишени вокруг оси OY на угол ϑ и вокруг оси OZ на угол ψ, как показано на фиг. 3, взаимное положение прямоугольного креста 1 и изображения светящегося кольца 7 и биштрихов 8 при наблюдении вдоль оси визирования OАХА будет, как показано на фиг. 4.When the target is rotated around the OY axis at an angle ϑ and around the OZ axis at an angle ψ, as shown in FIG. 3, the mutual position of the rectangular cross 1 and the image of the luminous ring 7 and bishtrich 8 when viewed along the axis of sight O A X A will be, as shown in FIG. four.

Габаритный размер вдоль оси визирования механической мишени стыковки, состоящей из основания в форме пятиугольника черного цвета с белым крестом и белыми штрихами по краям основания, а также выносного креста белого цвета на штанге, закрепленной в центре перекрестья на основании, определяется длиной штанги

Figure 00000006
Габаритный размер предлагаемой в заявке мишени определяется расстоянием вдоль оптической оси между излучателем в виде прямоугольного креста и центром сферического зеркала
Figure 00000007
а именно:Overall dimension along the axis of sight of a mechanical docking target consisting of a base in the shape of a black pentagon with a white cross and white strokes along the edges of the base, as well as a white offset cross on the rod fixed in the center of the cross on the base is determined by the length of the rod
Figure 00000006
The overall size of the proposed in the application of the target is determined by the distance along the optical axis between the emitter in the form of a rectangular cross and the center of a spherical mirror
Figure 00000007
namely:

Figure 00000008
Figure 00000008

Для сравнения двух мишеней примем

Figure 00000009
при этом обе мишени будут иметь одинаковые смещения при наблюдении по оси визирования для одинаковых угловых разворотах мишеней.For comparison, the two targets take
Figure 00000009
while both targets will have the same displacement when observed along the axis of sight for the same angular spreads of the targets.

Уменьшение габаритного размера вдоль оси визирования у предлагаемой мишени, по сравнению с механической мишенью стыковки, выразим через коэффициент KL, определяемы по формуле:The reduction in overall size along the axis of sight of the proposed target, compared with the mechanical target of docking, is expressed in terms of the coefficient K L , determined by the formula:

Figure 00000010
Figure 00000010

В качестве примера вычислим по формуле (4) коэффициент KL для следующих параметров мишени:As an example, we calculate by the formula (4) the coefficient K L for the following target parameters:

Figure 00000011
Figure 00000011

После подстановки указанных значений параметров в формулу (4) получим KL=3,5. Как видим, предлагаемая мишень позволяет в несколько раз сократить габариты мишени вдоль оси визирования.After substituting the specified values of the parameters in formula (4), we obtain K L = 3.5. As you can see, the proposed target allows several times to reduce the size of the target along the axis of sight.

Согласно поставленной задаче мишень должна обеспечивать проведение контроля взаимной ориентации активного и пассивного КА, как на дневной, так и на ночной стороне орбиты. Контроль взаимной ориентации проводит оператор с помощью телевизионной камеры. Оператор должен отчетливо видеть не только изображение мишени, но и окружающие элементы конструкции пассивного КА с которым производится сближение.According to the task, the target should provide control of the mutual orientation of active and passive spacecraft, both on the day and on the night side of the orbit. The relative orientation is controlled by the operator using a television camera. The operator must clearly see not only the image of the target, but also the surrounding structural elements of the passive spacecraft with which the approach is made.

На ночной стороне орбиты при сближении пассивный КА с установленной на нем мишенью освещается фарой размещенной на активном КА. Освещенность пассивного КА обратно пропорциональна квадрату расстояния от фары до поверхности пассивного КА:On the night side of the orbit, when approaching, the passive spacecraft with a target mounted on it is illuminated by a headlight placed on the active spacecraft. The illumination of a passive spacecraft is inversely proportional to the square of the distance from the headlight to the surface of the passive spacecraft:

Figure 00000012
Figure 00000012

гдеWhere

Еп_фара - освещенность пассивного КА от фары на активном КА,Е п_фара - illumination of passive spacecraft from the headlight on the active spacecraft,

I0 - осевая сила света,I 0 - axial luminous intensity

L - расстояние от активного КА до пассивного КА.L is the distance from the active spacecraft to the passive spacecraft.

При I0=30000 Кд, L=30 м, Еп_фара=33,33 Кд/м2,When I 0 = 30000 Cd, L = 30 m, E p_fire = 33.33 Cd / m 2 ,

При I0=30000 Кд, L=4 м, Еп_фара=1875 Кд/м2.When I 0 = 30000 Cd, L = 4 m, E p_fara = 1875 Cd / m 2 .

Считаем, что поверхность пассивного КА имеет равномерную индикатриссу рассеяния лучей, а коэффициентом отражения (альбедо) Ап=0,5. Тогда яркость поверхности пассивного КА Вп_фара_, рассчитываемая по формуле:We believe that the surface of a passive spacecraft has a uniform indicatrix of scattering of rays, and the reflection coefficient (albedo) And n = 0.5. Then the brightness of the surface of the passive KA In p_fara_ , calculated by the formula:

Figure 00000013
Figure 00000013

составит для L=30 м Вп_фара_30м≈5 Кд/(м2×Стер),will be for L = 30 m В п_фара_30m ≈5 Cd / (m 2 × С ter),

для L=4 м Вп_фара_4м≈298 Кд/(м2×Стер).for L = 4 m В п_фара_4м ≈298 Kd / (m 2 × С ter).

На дневной стороне орбиты освещенность поверхности пассивного КА, обращенной в направлении линии визирования активного КА, зависит от угла падения солнечных лучей к этой поверхности:On the day side of the orbit, the illumination of the surface of a passive spacecraft, facing in the direction of the line of sight of the active spacecraft, depends on the angle of incidence of sunlight to this surface:

Figure 00000014
Figure 00000014

гдеWhere

ϕ - угол падения солнечных лучей к поверхности КА,ϕ is the angle of incidence of sunlight to the surface of the spacecraft,

Еп_Солнце_0 _ освещенность поверхности КА при нормальном падении солнечных лучей (ϕ=0),Е п_Солце_0 _ the illumination of the spacecraft's surface with normal incidence of sunlight (ϕ = 0),

Еп_Солнце_ϕ - освещенность поверхности КА при угле падения солнечных лучей ϕ>0 град.Е п_Солнце_ϕ - illumination of the spacecraft's surface at the angle of incidence of the sun's rays ϕ> 0 degrees.

На границе земной атмосферы, при среднем расстоянии Земли от Солнца, для видимого диапазона длин волн, Еп_солнце_0≈140000 Кд/м2, а яркость поверхности пассивного КА Вп_Солнце_0≈22280 Кд/(м2×стер).At the boundary of the earth's atmosphere, with an average distance of the Earth from the Sun, for the visible wavelength range, E p_sun_0 ≈140000 cd / m 2 , and the surface brightness of the passive spacecraft In p _ Sun_0 ≈22280 cd / (m 2 × ster).

Как показано выше, согласно выражениям (5) и (7), условия освещения пассивного КА изменяются на ночной стороне орбиты с изменением расстояния между КА, а на дневной стороне изменяются с изменением угла падения солнечных лучей на поверхность пассивного КА. Следовательно, яркость поверхности пассивного КА, в зависимости от условий освещения, может отличаться на несколько порядков:As shown above, according to expressions (5) and (7), the lighting conditions of a passive spacecraft change on the night side of the orbit with a change in the distance between the spacecraft, and on the day side, change with change in the angle of incidence of sunlight on the surface of the passive spacecraft. Consequently, the brightness of the surface of a passive spacecraft, depending on the lighting conditions, may differ by several orders of magnitude:

Figure 00000015
Figure 00000015

Телевизионная камера на активном КА при работе автоматически подстраивается под усредненную яркость наблюдаемых объектов. Излучатели мишени также должны подстраиваться под условия освещенности пассивного КА, так, так чтобы яркость излучателей мишени, как минимум в 2 раза превышать усредненную яркость окружающего мишень фона (поверхности пассивного КА), но при этом не выходить из динамического диапазона телевизионной камеры, чтобы не происходило ее ослепления. Для обеспечения этого условия на внешней поверхности мишени расположен фотоприемник 9, электрически связанный с блоком управления излучателями. Связи излучателей мишени 1 и 3, блока управления излучателей 10 и фотоприемника 9 показаны на функциональной схеме фиг. 5.The TV camera on the active spacecraft automatically adjusts to the average brightness of the observed objects during operation. The target emitters must also adjust to the light conditions of the passive SC, so that the brightness of the target emitters is at least 2 times higher than the average brightness of the background surrounding the target (surface of the passive SC), but do not go beyond the dynamic range of the television camera so that her dazzle. To ensure this condition on the outer surface of the target is a photodetector 9, electrically connected with the control unit emitters. The connections of the emitters of the target 1 and 3, the control unit of the emitters 10 and the photodetector 9 are shown in the functional diagram of FIG. five.

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 a motion control system of both manned spacecraft and cargo transport satellites to provide a teleoperative control mode (TORU).

Claims (1)

Устройство контроля взаимного положения сближающихся космических аппаратов, содержащее мишень, установленную на пассивном космическом аппарате, а также излучатели, отличающееся тем, что излучатель в виде прямоугольного креста расположен в плоскости выходного окна мишени, за ним расположено сферическое зеркало, оптическая ось которого перпендикулярна плоскости выходного окна и проходит через центр перекрестья, между крестом и сферическим зеркалом расположен излучатель с маской, обращенной в сторону сферического зеркала и расположенной на расстоянии, соответствующем образованию увеличенного мнимого изображения маски, имеющего вид светящегося кольца с четырьмя биссекторами вокруг него, причем оптическая ось сферического зеркала пересекает центр светящегося кольца, а оси симметрии биссекторов совпадают с осями симметрии сторон креста, на внешней передней поверхности мишени расположен фотоприемник, электрически связанный с блоком управления излучателями.A device for monitoring the relative position of approaching spacecraft, containing a target mounted on a passive spacecraft, as well as radiators, characterized in that the emitter in the form of a rectangular cross is located in the plane of the target target window, behind it is a spherical mirror, the optical axis of which is perpendicular to the plane of the output window and passes through the center of the crosshair, between the cross and the spherical mirror is a radiator with a mask facing the spherical mirror and is located At a distance corresponding to the formation of an enlarged imaginary image of a mask that looks like a luminous ring with four bisectors around it, the optical axis of the spherical mirror intersects the center of the luminous ring, and the symmetry axes of the bisector coincide with the axes of symmetry of the sides of the cross, a photodetector is located on the outer front surface of the target, electrically connected to the radiator control unit.
RU2018127913A 2018-07-30 2018-07-30 Device for near-spacecraft relative position control RU2694458C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2018127913A RU2694458C1 (en) 2018-07-30 2018-07-30 Device for near-spacecraft relative position control

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2018127913A RU2694458C1 (en) 2018-07-30 2018-07-30 Device for near-spacecraft relative position control

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2694458C1 true RU2694458C1 (en) 2019-07-15

Family

ID=67309077

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2018127913A RU2694458C1 (en) 2018-07-30 2018-07-30 Device for near-spacecraft relative position control

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2694458C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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
US5291195A (en) * 1990-02-20 1994-03-01 H. Koch & Sons Co. Target light for docking
US5493392A (en) * 1992-12-15 1996-02-20 Mcdonnell Douglas Corporation Digital image system for determining relative position and motion of in-flight vehicles
US5734736A (en) * 1994-06-17 1998-03-31 Trw Inc. Autonomous rendezvous and docking system and method therefor
RU2478185C1 (en) * 2011-08-22 2013-03-27 Открытое акционерное общество "Государственный оптический институт им. С.И. Вавилова" Apparatus for determining spatial orientation of objects
RU2662620C1 (en) * 2017-03-24 2018-07-26 Публичное акционерное общество "Ракетно-космическая корпорация "Энергия" имени С.П. Королева" Device for control of the orientation of spacecrafts at approach

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5291195A (en) * 1990-02-20 1994-03-01 H. Koch & Sons Co. Target light for docking
US5493392A (en) * 1992-12-15 1996-02-20 Mcdonnell Douglas Corporation Digital image system for determining relative position and motion of in-flight vehicles
US5734736A (en) * 1994-06-17 1998-03-31 Trw Inc. Autonomous rendezvous and docking system and method therefor
RU2478185C1 (en) * 2011-08-22 2013-03-27 Открытое акционерное общество "Государственный оптический институт им. С.И. Вавилова" Apparatus for determining spatial orientation of objects
RU2662620C1 (en) * 2017-03-24 2018-07-26 Публичное акционерное общество "Ракетно-космическая корпорация "Энергия" имени С.П. Королева" Device for control of the orientation of spacecrafts at approach

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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
CN101680976A (en) Real mirror video image forming optical system
US8810806B2 (en) Optical system for measuring orientation and position without image formation with point source and mask
CN112526531B (en) Dual-view-field infrared imaging system with multi-target laser ranging function
CN103345062A (en) High resolution stereo mapping and reconnaissance integrated camera optical system
CN104748720B (en) Spatial angle measuring device and angle measuring method
US5745292A (en) Optical devices and reflection control techniques
US3745347A (en) Telescope including an imaging system for radiation in the visible range
RU2694458C1 (en) Device for near-spacecraft relative position control
CN109211413A (en) A kind of infrared visible light is total to aperture imaging optical system
JPH074967A (en) Surveying apparatus
RU2662620C1 (en) Device for control of the orientation of spacecrafts at approach
RU2543680C2 (en) Optical reflector with semi-reflecting plates for helmet position monitoring device and helmet having said device
US9109878B2 (en) Optical system for measurement of orientation and position comprising a point source, central mask, photosensitive matrix sensor and corner cube
RU2015111169A (en) DEVICE FOR INSPECTING OBJECTS
US8854612B2 (en) Optical system for measuring orientation with cubic wedge and mask
US4188102A (en) Mirror reflex camera with electronic rangefinder
JPS62164010A (en) Infrared ray camera
US2508764A (en) Optical projection system
JP7043375B2 (en) Stereo camera, in-vehicle lighting unit, and stereo camera system
CN114185243A (en) Non-blind-area multi-view panoramic stereo imaging device
RU2730393C1 (en) Device for controlling spacecraft mutual orientation
US4714321A (en) Optical viewing apparatus
CN113296115A (en) High-speed high-resolution laser radar
RU227200U1 (en) Multispectral pseudo-binocular day-night binoculars
US4513434A (en) X-Ray reflective optical elements