RU2736522C1 - Method of orientation of spacecraft - Google Patents

Method of orientation of spacecraft Download PDF

Info

Publication number
RU2736522C1
RU2736522C1 RU2020116088A RU2020116088A RU2736522C1 RU 2736522 C1 RU2736522 C1 RU 2736522C1 RU 2020116088 A RU2020116088 A RU 2020116088A RU 2020116088 A RU2020116088 A RU 2020116088A RU 2736522 C1 RU2736522 C1 RU 2736522C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
spacecraft
orientation
sun
timer
board computer
Prior art date
Application number
RU2020116088A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Виталий Иванович Глухов
Сергей Григорьевич Макеич
Леонид Иосифович Нехамкин
Платон Георгиевич Рощин
Original Assignee
Акционерное общество "Научно-исследовательский институт электромеханики" (АО "НИИЭМ")
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 Акционерное общество "Научно-исследовательский институт электромеханики" (АО "НИИЭМ") filed Critical Акционерное общество "Научно-исследовательский институт электромеханики" (АО "НИИЭМ")
Priority to RU2020116088A priority Critical patent/RU2736522C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2736522C1 publication Critical patent/RU2736522C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Control Of Position, Course, Altitude, Or Attitude Of Moving Bodies (AREA)

Abstract

FIELD: astronautics.
SUBSTANCE: invention relates to control of orientation of spacecrafts (SC) with solar panels (SP). Method includes orientation of the SC relative to the direction to the Sun using an additional autonomous control circuit (ACC) connected in violation of the said SC orientation. SP is fixed relative to the housing SC. When entering the shadow section of the orbit from the serviceable on-board computer (OBC), the maximum duration of this section is started. After exiting from the shadow section in case of OBC fault by the timer signal, the SC is switched to the ACC mode, and if the OBC is OK, the timer is switched off. Timer is started from pulse signal of terminator or according to information from OBC. At fixed SP for their orientation to Sun SC is introduced into passive spin mode. At negative energy balance in case of loss of SP orientation to the Sun, economical mode of accumulator batteries operation is used.
EFFECT: technical result is high reliability and survivability of SC with provision of stable power supply during the whole period of SC active existence.
1 cl, 1 dwg

Description

НазначениеAppointment

Изобретение относится к области космической техники и может быть использовано на космических аппаратах (КА) для обеспечения ориентации на Солнце при нештатной работе КА.The invention relates to the field of space technology and can be used on spacecraft (SC) to ensure orientation to the Sun during abnormal operation of the SC.

Уровень техникиState of the art

Управление КА включает в себя, прежде всего, управление ориентацией КА для получения нужного положения корпуса КА относительно внешних ориентиров (управление вращательным движением КА вокруг центра масс).Spacecraft control includes, first of all, spacecraft attitude control to obtain the required position of the spacecraft body relative to external landmarks (control of the spacecraft rotational motion around the center of mass).

После вывода КА на орбиту управление угловым положением с целью ориентации приборов КА на изучаемые объекты становится главным режимом полета (см. В.Н. Васильев. Системы ориентации космических аппаратов, М., 2009, с. 10-11), поэтому важнейшей задачей современной космической техники является совершенствование системы ориентации, позволяющей в течение длительного времени определить с высокой точностью направления осей КА относительно осей некоторой системы координат, т.е. угловое положение КА, а также его угловую скорость.After launching the spacecraft into orbit, the control of the angular position in order to orient the spacecraft instruments to the objects under study becomes the main flight mode (see V.N.Vasiliev. Spacecraft attitude control systems, M., 2009, pp. 10-11), therefore, the most important task of modern space technology is the improvement of the attitude system, which allows for a long time to determine with high accuracy the direction of the spacecraft axes relative to the axes of a certain coordinate system, i.e. the angular position of the spacecraft, as well as its angular velocity.

Известен способ и устройство управления движением космического аппарата с управляемой ориентацией (патент, РФ, №2669481), заключающийся в автоматической компенсации ошибок бесплатформенной системы ориентации, входящей в систему управления ориентацией КА, вызванных систематическими погрешностями блока датчиков угловой скорости, в сравнении показаний блока датчиков угловой скорости и блока звездных датчиков в устройствах коррекции ошибки, в выработке сигналов коррекции систематических погрешностей блока датчиков угловой скорости, в обработке их в микроЭВМ, в управлении микроЭВМ исполнительными органами, для обеспечения ими соответствующего механического воздействия на корпус КА по рысканью, крену и тангажу, отличающийся тем, что ориентирует КА на заданной орбите с помощью устройства ориентации КА, содержащего солнечный датчик и трехмерный магнитометр или датчик инфракрасной вертикали, автоматически устанавливают солнечные батареи по солнечному датчику в фиксированное положение относительно корпуса КА для получения максимальной их освещенности, гарантирующих положительный энергобаланс при любых каких-либо сбоях в работе системы ориентации, в том числе сбоях в работе центральной ЭВМ, управляют с центра наземного управления устройством управления ориентацией солнечных батарей по жесткой логике при сбоях, включают и выключают блок звездных датчиков для управления ориентацией КА по заданному управляемому алгоритму и по командам управления с центра наземного управления.There is a method and device for controlling the motion of a spacecraft with a controlled attitude (patent, RF, No. 2669481), which consists in automatic compensation of errors of the strapdown attitude control system included in the attitude control system of the spacecraft caused by systematic errors in the angular velocity sensor unit, in comparison with the readings of the angular velocity sensor unit. speed and a block of star sensors in error correction devices, in generating signals for correcting systematic errors of a block of angular velocity sensors, in processing them in a microcomputer, in controlling a microcomputer by executive bodies, to provide them with an appropriate mechanical effect on the spacecraft body in yaw, roll and pitch, which differs by orienting the spacecraft in a given orbit with the aid of a spacecraft orientation device containing a solar sensor and a three-dimensional magnetometer or an infrared vertical sensor, the solar batteries are automatically set according to the solar sensor in a fixed position relative but the spacecraft hulls, to obtain their maximum illumination, guaranteeing a positive energy balance in the event of any malfunctions in the operation of the attitude control system, including failures in the operation of the central computer, control the solar array attitude control device from the ground control center according to rigid logic in case of failures, include and the block of star sensors is turned off to control the spacecraft attitude according to a given controlled algorithm and according to control commands from the ground control center.

Основным недостатком данного способа является то, что в нем не учитывают сбой в работе центральной ЭВМ при прохождении КА теневого участка, влияющий на его живучесть. Так, если при штатном функционировании КА во время прохождения теневого участка произойдет сбой в работе центральной ЭВМ («зависание»), то будет отсутствовать информация об окончании теневого участка и КА не перейдет в режим работы с использованием автономного контура управления (управления ориентацией солнечных батарей по жесткой логике).The main disadvantage of this method is that it does not take into account the failure of the central computer when the spacecraft passes the shadow area, which affects its survivability. So, if during normal operation of the spacecraft during the passage of the shadow section, a malfunction occurs in the operation of the central computer ("hovering"), then there will be no information about the end of the shadow section and the spacecraft will not go into operation using an autonomous control loop (control of the orientation of solar batteries according to rigid logic).

Известен способ ориентации космического аппарата (патент, РФ, №2706743), принятый за прототип изобретения, включающий ориентацию космического аппарата относительно направления на Солнце и Землю с использованием бортового компьютера по информации датчиков определения углового положения, ориентацию космического аппарата относительно направления на Солнце с использованием дополнительного автономного контура управления, подключаемого к управлению при нарушении ориентации космического аппарата относительно направления на Солнце, с соответствующей установкой солнечных батарей не жестко закрепленных с корпусом космического аппарата в фиксированное положение относительно корпуса космического аппарата; при управлении космическим аппаратом с использованием исправного бортового компьютера при входе в теневой участок запускают таймер, предусмотренный в блоке управления космического аппарата, с продолжительностью, равной максимальной продолжительности теневого участка; после выхода из теневого участка при неисправном бортовом компьютере, по сигналу таймера космический аппарат переводят в режим работы с использованием автономного контура управления, а при исправном бортовом компьютере по информации от бортового баллистического программного обеспечения отключают таймер, и управление космического аппарата осуществляют по информации исправного бортового компьютера.There is a known method of orientation of a spacecraft (patent, RF, No. 2706743), taken as a prototype of the invention, including the orientation of the spacecraft relative to the direction to the Sun and the Earth using an on-board computer according to information from sensors for determining the angular position, orientation of the spacecraft relative to the direction to the Sun using an additional an autonomous control loop connected to control in case of violation of the orientation of the spacecraft relative to the direction to the Sun, with the appropriate installation of solar batteries not rigidly fixed to the spacecraft body in a fixed position relative to the spacecraft body; when controlling the spacecraft using a serviceable on-board computer, upon entering the shadow section, a timer is started, provided in the control unit of the spacecraft, with a duration equal to the maximum duration of the shadow section; after leaving the shadow area with a faulty on-board computer, according to the timer signal, the spacecraft is switched to operation mode using an autonomous control loop, and with a working on-board computer, according to information from the on-board ballistic software, the timer is turned off, and the spacecraft is controlled according to the information from a working on-board computer ...

Основным недостатком прототипа является то, что при неисправном бортовом компьютере таймер с продолжительностью, равной максимальной продолжительности теневого участка, при входе в теневой участок не запускается в виду того, что параметры тени (время начала и окончания) для каждого витка рассчитывают по бортовому баллистическому программному обеспечению бортового компьютера. В результате космический аппарат теряет ориентацию на Солнце и Землю, что может привести к выходу КА из строя.The main disadvantage of the prototype is that if the on-board computer is faulty, the timer with a duration equal to the maximum duration of the shadow section does not start when entering the shadow section due to the fact that the shadow parameters (start and end times) for each loop are calculated using the on-board ballistic software on-board computer. As a result, the spacecraft loses its orientation to the Sun and Earth, which can lead to the failure of the spacecraft.

Кроме того, в прототипе при неисправном бортовом компьютере и отрицательном энергобалансе системы электропитания не предусмотрены меры по выбору рационального режима, увеличивающего ресурс ее работы, а также отсутствует оптимизация способа ориентации солнечных батарей, панели которых жестко закреплены на корпусе в современных космических аппаратах.In addition, in the prototype with a faulty on-board computer and a negative energy balance of the power supply system, measures are not provided for choosing a rational mode that increases the resource of its operation, and there is also no optimization of the method for orienting solar batteries, the panels of which are rigidly fixed to the case in modern spacecraft.

Целью предлагаемого способа ориентации космического аппарата является повышение надежности и живучести космического аппарата при его длительной автономной эксплуатации в космосе.The purpose of the proposed method of orientation of the spacecraft is to increase the reliability and survivability of the spacecraft during its long-term autonomous operation in space.

Раскрытие изобретенияDisclosure of invention

Предлагаемый способ ориентации космического аппарата заключается в том, что ориентируют космический аппарат относительно направления на Солнце и Землю с использованием бортового компьютера по информации датчиков определения углового положения, ориентацию космического аппарата относительно направления на Солнце с использованием дополнительного автономного контура управления, подключаемого к управлению при нарушении ориентации космического аппарата относительно направления на Солнце, с соответствующей установкой солнечных батарей в фиксированное положение относительно корпуса космического аппарата; при управлении космическим аппаратом с использованием исправного бортового компьютера при входе в "теневой" интервал орбиты запускают таймер, предусмотренный в блоке управления космического аппарата, с продолжительностью, равной максимальной продолжительности "теневого" интервала орбиты; после выхода из "теневого" интервала орбиты при неисправном бортовом компьютере, по сигналу таймера космический аппарат переводят в режим работы с использованием автономного контура управления, а при исправном бортовом компьютере по информации от бортового баллистического программного обеспечения отключают таймер, и управление космического аппарата осуществляют по информации исправного бортового компьютера.The proposed method of orientation of the spacecraft consists in the fact that the spacecraft is oriented relative to the direction to the Sun and the Earth using the on-board computer according to the information from the sensors for determining the angular position, the orientation of the spacecraft relative to the direction to the Sun using an additional autonomous control loop connected to control in case of disorientation the spacecraft relative to the direction to the Sun, with the corresponding installation of solar panels in a fixed position relative to the spacecraft body; when controlling the spacecraft using a working on-board computer, when entering the "shadow" interval of the orbit, a timer is started, provided in the control unit of the spacecraft, with a duration equal to the maximum duration of the "shadow" interval of the orbit; after leaving the "shadow" interval of the orbit with a faulty on-board computer, according to the timer signal, the spacecraft is switched to operation mode using an autonomous control loop, and with a working on-board computer, the timer is turned off according to information from the onboard ballistic software, and the spacecraft is controlled according to information a serviceable on-board computer.

Сущность изобретения заключается в том, что формируют импульсный сигнал терминатора и при входе космического аппарата в "теневой" интервал орбиты таймер запускают от импульсного сигнала терминатора или по информации от бортового баллистического программного обеспечения бортового компьютера с продолжительностью, равной максимальной продолжительности теневого участка; для солнечных батарей, панели которых жестко закреплены на корпусе космического аппарата, используют поворот корпуса космического аппарата в режиме «пассивной» закрутки для ориентации солнечных батарей на Солнце; при отрицательном энергобалансе системы электропитания, связанным с незапланированной потерей ориентации солнечных батарей космического аппарата на Солнце, используют экономичный режим работы аккумуляторных батарей системы электропитания.The essence of the invention lies in the fact that a terminator pulse signal is generated and when the spacecraft enters the "shadow" interval of the orbit, the timer is started from the terminator pulse signal or according to information from the onboard ballistic software of the onboard computer with a duration equal to the maximum duration of the shadow area; for solar cells, the panels of which are rigidly fixed to the spacecraft body, use the rotation of the spacecraft body in the "passive" spinning mode to orient the solar batteries to the Sun; with a negative energy balance of the power supply system associated with an unplanned loss of orientation of the solar batteries of the spacecraft to the Sun, an economical mode of operation of the storage batteries of the power supply system is used.

Графические иллюстрацииGraphic illustrations

На приведенной графической фигуре 1 приведен пример реализации заявляемого способа ориентации космического аппарата через устройство, содержащее следующие позиции:The given graphical figure 1 shows an example of the implementation of the proposed method of orientation of a spacecraft through a device containing the following positions:

- Бортовой компьютер (электронно-вычислительное устройство) - 1;- On-board computer (electronic computing device) - 1;

- БИБ (бесплатформенный инерциальный блок) - 2;- BIB (strapdown inertial unit) - 2;

- ДП (датчики положения КА относительно Солнца, Земли, звезд) - 3;- DP (spacecraft position sensors relative to the Sun, Earth, stars) - 3;

- СЭ (система электропитания) - 4;- SE (power supply system) - 4;

- СБ (солнечные батареи) - 5;- SB (solar panels) - 5;

- АБ (аккумуляторная батарея) - 6;- AB (storage battery) - 6;

- АРК (аппаратура регулирования и контроля) - 7;- ARC (regulation and control equipment) - 7;

- Дополнительный автономный контур управления - 8;- Additional autonomous control loop - 8;

- Таймер - 9;- Timer - 9;

- Система управления ориентацией СБ (солнечных батарей) - 10;- Orientation control system SB (solar batteries) - 10;

- ИО (исполнительные органы) -11;- IO (executive bodies) -11;

- Корпус КА - 12;- KA body - 12;

- Формирователь сигнала терминатора - 13;- Terminator signal generator - 13;

- Элемент ИЛИ - 14;- Element OR - 14;

- ОЗУ (оперативное запоминающее устройство) - 15;- RAM (random access memory) - 15;

- ПЗУ (постоянное запоминающее устройство) - 16;- ROM (read only memory) - 16;

- МП (микропроцессор) -17- MP (microprocessor) -17

- БУ КА (блок управления космического аппарата) - 18.- BU KA (spacecraft control unit) - 18.

В бортовой компьютер 1, в БУ КА 18 и в дополнительный автономный контур управления 8 с наземного комплекса управления передают команды управления (КУ), а с бортового компьютера 1 в наземный комплекс управления по каналу телеметрии передают телеметрическую информацию (ТМ).Control commands (CU) are transmitted from the ground control complex to the on-board computer 1, to the BU KA 18 and to the additional autonomous control loop 8, and telemetric information (TM) is transmitted from the on-board computer 1 to the ground control complex via the telemetry channel.

Описание заявляемого способаDescription of the proposed method

При отделении КА от ракеты или разгонного блока осуществляют процесс успокоения, затем с помощью БИБ 2, ДП 3 и ИО 11 блока управления БУ КА 18 (см. патент, РФ, №2669481) процесс приведения (совмещение осей связанной системы координат КА с осями орбитальной системы координат) и последующую стабилизацию КА. По окончании процесса успокоения и стабилизации КА, в автоматическом режиме системой управления ориентацией СБ 10 (для солнечных батарей, панели которых не жестко закреплены на корпусе КА, см. например, КА "Кондор-Э", головной исполнитель АО "ВПК "НПО Машиностроения", г. Реутов), под действием приводных двигателей, находящихся в нем, солнечные батареи СБ 5 устанавливают в положение относительно корпуса КА 12 для получения максимально возможного в текущей точке орбиты КА значения тока, вырабатываемого СБ 5 (приближение к выполнению условия cosα=l=const, где α - угол между перпендикуляром к поверхности СБ 5 и направлением на Солнце). Солнечные батареи СБ 5, у которых их панели жестко закреплены на корпусе в ряде современных КА (см. например, КА "Канопус-В", головной исполнитель АО "Корпорация "ВНИИЭМ", г. Москва), ориентируют на Солнце путем поворотов корпуса КА 12 блоком управления космического аппарата БУ КА 18 (БИБ 2, ДП 3 и ИО 11), в том числе и закрутки корпуса КА 12 вокруг направления на Солнце (режим «пассивной» закрутки с ориентацией СБ 5 на Солнце, т.е. режим солнечной ориентации). При этом каждый раз на время проведения целевой работы (например, проведения съемки) производят разворот корпуса КА 12 из режима солнечной ориентации в орбитальную ориентацию (например, продольная ось КА, совпадающая с продольной осью оптико-электронного модуля, направлена в надир при проведении съемки подспутниковой точки) и поддержание данной ориентации (режим активной ориентации), а затем по окончании целевой работы производят разворот корпуса КА 12 снова в режим «пассивной» закрутки с ориентацией СБ 5 на Солнце (см. патент, №2621933).When the spacecraft is separated from the rocket or the upper stage, the process of damping is carried out, then with the help of BIB 2, DP 3 and IO 11 of the control unit BU KA 18 (see patent, RF, No. 2669481) the process of alignment (alignment of the axes of the spacecraft coordinate system with the orbital coordinate systems) and subsequent stabilization of the spacecraft. At the end of the process of damping and stabilizing the spacecraft, in the automatic mode, the attitude control system SB 10 (for solar panels whose panels are not rigidly fixed to the spacecraft body, see, for example, the Kondor-E spacecraft, the main contractor of JSC VPK NPO Mashinostroyenia , Reutov), under the action of the drive motors located in it, the solar batteries SB 5 are set in position relative to the spacecraft body 12 to obtain the maximum possible value of the current generated by the SB 5 at the current point of the spacecraft's orbit (approaching the fulfillment of the condition cosα = l = const, where α is the angle between the perpendicular to the surface of SB 5 and the direction to the Sun). Solar batteries SB 5, in which their panels are rigidly fixed to the hull in a number of modern spacecraft (see, for example, the Kanopus-V spacecraft, the lead executor AO "Corporation" VNIIEM ", Moscow), is oriented to the Sun by turning the spacecraft body 12 by the control unit of the spacecraft BU KA 18 (BIB 2, DP 3 and IO 11), including twisting the spacecraft 12 body around the direction on the Sun (the "passive" spin mode with the orientation of SB 5 on the Sun, i.e. solar orientation mode). In this case, each time during the target work (for example, conducting a survey), the spacecraft body 12 is rotated from the solar orientation mode to the orbital orientation (for example, the longitudinal axis of the spacecraft, which coincides with the longitudinal axis of the optoelectronic module, is directed to the nadir during the sub-satellite survey. points) and maintaining this orientation (active orientation mode), and then, upon completion of the target work, the spacecraft body 12 is turned back into the “passive” spin mode with the SB 5 orientation toward the Sun (see patent, No. 2621933).

Радикальной защитой от аварийной ситуации на КА, связанной с потерей ориентации на Солнце при движении КА на полетных "световых" интервалах орбиты, может быть автоматический переход с основного на резервный режим управления ориентацией КА относительно направления на Солнце, при этом использование бортового компьютера 1 временно прекращают. Такой режим работы не может обеспечить в полной мере функциональные возможности КА, но он гарантирует положительный энергобаланс, что обеспечивает живучесть КА. Переход на резервный режим управления ориентацией проводится по «жесткой» логике, т.е. без использования бортового компьютера 1, при воздействиях на КА различных факторов космического пространства, например, локальных статических разрядов, приводящих к сбою бортового компьютера 1. В резервном режиме управления ориентацией КА включают в работу дополнительный автономный контур управления 8, устанавливающий через систему управления ориентацией СБ 10 (для солнечных батарей, панели которых не жестко закреплены на корпусе КА 12) или через БИБ 2, ДП 3 и ИО 11 блока управления космического аппарата БУ КА 18 (для солнечных батарей, панели которых жестко закреплены на корпусе КА 12, режим «пассивной» закрутки с ориентацией СБ 5 на Солнце) солнечные батареи СБ 5 для получения максимальной их освещенности, а последующее возобновление ориентации КА с использованием бортового компьютера 1 осуществляют по радиокоманде (КУ) с центра наземного управления (см. патент, РФ, №2669481).Radical protection against an emergency on a spacecraft associated with a loss of orientation to the Sun when the spacecraft moves at flight "light" intervals of the orbit can be an automatic transition from the main to a backup mode of spacecraft attitude control relative to the direction to the Sun, while the use of on-board computer 1 is temporarily stopped ... Such a mode of operation cannot provide the full functionality of the spacecraft, but it guarantees a positive energy balance, which ensures the survivability of the spacecraft. The transition to the standby attitude control mode is carried out according to the "hard" logic, i.e. without using the on-board computer 1, when the spacecraft is affected by various factors of outer space, for example, local static discharges, leading to the failure of the on-board computer 1. In the standby mode of the spacecraft attitude control, an additional autonomous control loop 8 is put into operation, which installs SB 10 through the attitude control system (for solar batteries, the panels of which are not rigidly fixed to the KA 12 body) or through BIB 2, DP 3 and IO 11 of the BU KA 18 spacecraft control unit (for solar batteries whose panels are rigidly fixed to the KA 12 body, the "passive" mode twists with the orientation of SB 5 to the Sun) solar batteries SB 5 to obtain their maximum illumination, and the subsequent resumption of the spacecraft orientation using the on-board computer 1 is carried out by radio command (CU) from the ground control center (see patent, RF, No. 2669481).

При движении КА на полетных "теневых" интервалах орбиты его электропитание осуществляется исключительно от аккумуляторных батарей АБ бив данном режиме наступает отрицательный энергобаланс. Параметры тени (время начала и окончания) для каждого витка рассчитывает бортовое баллистическое программное обеспечение бортового компьютера 1. Если при штатном функционировании КА во время прохождения "теневого" интервала орбиты произойдет сбой в работе бортового компьютера, то полностью перестанет функционировать все программное обеспечение, и не будет информации об окончании теневого участка. Следовательно, космический аппарат начнет терять ориентацию. А поскольку бортовой компьютер неисправен, то по выходу из теневого участка КА не будет сформирован признак окончания теневого участка. В результате космический аппарат не сможет восстановить ориентацию панелей солнечных батарей на Солнце, что, в свою очередь, приведет к глубокому разряду АБ 6 и возможному выходу из строя КА. Поэтому в блоке управления космическим аппаратом БУ КА 18, как и в прототипе, предусмотрен таймер 9, с продолжительностью, равной максимальной продолжительности прохождения КА "теневого" интервала орбиты (продолжительность прохождения КА орбиты изменяется с изменением ее наклона, а также сезонных условий эксплуатации), который запускают по информации от бортового баллистического программного обеспечения при управлении КА с использованием исправного бортового компьютера при входе в "теневой" интервал орбиты. Однако, в случае неисправности бортового компьютера в районе терминатора (граница "свет-тень"), при входе в "теневой" интервал орбиты таймер 9 не будет запущен и по выходу КА из "теневого" интервала орбиты не будет сформирован признак окончания "теневого" интервала. Следует отметить, что район терминатора характеризуется неблагоприятными воздействиями на КА, т.к. на поверхности КА может возникать значительный градиент потенциала из-за не выравнивания потенциалов освещенных и неосвещенных поверхностей КА. Происходит так называемая дифференциальная зарядка поверхности, которая может возникать также за счет различия вторично-эмиссионных характеристик материалов, находящихся на поверхности, различия условий попадания плазмы на отдельные участки поверхности и наличия конструктивных неоднородностей (см. Дорофеев Р.Ю. "Повышение энергоэффективности системы электропитания космического аппарата за счет использования энергии электростатического заряда поверхности космического аппарата в орбитальных условиях эксплуатации". «Российские космические системы», ул. Авиамоторная, 53, Москва, 111250, Россия e-mail: myhavkedah@mail.ru. Электронный журнал «Труды МАИ». Выпуск №68.).When the spacecraft moves in the flight "shadow" intervals of the orbit, its power supply is carried out exclusively from the storage batteries of the AB, in this mode a negative energy balance occurs. The shadow parameters (start and end times) for each orbit are calculated by the onboard ballistic software of the onboard computer 1. If during normal operation of the spacecraft during the passage of the "shadow" interval of the orbit, the onboard computer malfunctions, then all software will completely cease to function, and there will be information about the end of the shadow area. Consequently, the spacecraft will start to lose orientation. And since the on-board computer is faulty, the sign of the end of the shadow area will not be generated upon exiting the shadow section of the spacecraft. As a result, the spacecraft will not be able to restore the orientation of the solar panels to the Sun, which, in turn, will lead to a deep discharge of AB 6 and a possible failure of the spacecraft. Therefore, in the spacecraft control unit BU KA 18, as in the prototype, a timer 9 is provided, with a duration equal to the maximum duration of the spacecraft passage through the "shadow" orbit interval (the duration of the spacecraft passage through the orbit changes with a change in its inclination, as well as seasonal operating conditions), which is launched according to information from the onboard ballistic software when controlling the spacecraft using a serviceable onboard computer when entering the "shadow" interval of the orbit. However, in the event of a malfunction of the on-board computer near the terminator ("light-shadow" boundary), when entering the "shadow" interval of the orbit, timer 9 will not be started, and upon the exit of the spacecraft from the "shadow" interval of the orbit, the sign of the end of the "shadow" interval. It should be noted that the terminator area is characterized by adverse effects on the spacecraft, since On the surface of the spacecraft, a significant gradient of potential can arise due to the non-equalization of the potentials of the illuminated and unlit surfaces of the spacecraft. The so-called differential charging of the surface occurs, which can also arise due to the difference in the secondary emission characteristics of materials on the surface, the difference in the conditions for the ingress of plasma on individual parts of the surface and the presence of structural inhomogeneities (see R.Yu.Dorofeev. "Improving the energy efficiency of the space power supply system spacecraft by using the energy of the electrostatic charge of the surface of the spacecraft in orbital operating conditions. "Russian Space Systems, 53 Aviamotornaya St., Moscow, 111250, Russia e-mail: myhavkedah@mail.ru. Electronic journal" Proceedings of MAI. " Issue No. 68.).

Для устранения данного существенного недостатка прототипа в предлагаемом способе формируют импульсы формирователем сигнала терминатора 13 в непрерывном режиме с периодом следования, равным длительности витка орбиты, которые в случае неисправности бортового компьютера в районе терминатора обеспечивают запуск таймера 9.To eliminate this significant drawback of the prototype in the proposed method, pulses are generated by the signal shaper of the terminator 13 in a continuous mode with a repetition period equal to the duration of the orbit, which, in the event of a malfunction of the on-board computer in the terminator region, enable timer 9 to start.

В качестве формирователя сигнала терминатора 13 можно использовать, например, оперативное запоминающее устройство ОЗУ 15 статического типа емкостью 256 байт на базе БИС типа М1821РУ55, постоянное запоминающее устройство ПЗУ 16 построенное на одной микросхеме типа М1623РТ1А с однократным электрическим программированием и микропроцессор МП 17 типа М1821ВМ85А, осуществляющий все функции по организации работы, синхронизации и выполнению необходимых вычислительных операций. При обращении МП 17 к ОЗУ 15 происходит запись информации в ячейки памяти ОЗУ 15 или передача информации из ячеек памяти ОЗУ 15, при отсутствии обращения - ячейки ОЗУ 15 находятся в режиме хранения информации. В ПЗУ 16 прошивают программное обеспечение, включающее в себя набор рабочих и контрольных программ, а также таблицы временных констант (временные уставки). В соответствии с программным обеспечением, заложенным в ПЗУ 16, микропроцессор МП 17 организует работу по нескольким жестким циклам, при этом обращение к ПЗУ 16 происходит только по сигналу МП 17 и на шину выводится содержимое выбранной ячейки памяти ПЗУ 16.As a terminator signal generator 13, you can use, for example, random access memory RAM 15 of a static type with a capacity of 256 bytes based on a LSI type M1821RU55, a read-only memory device ROM 16 built on a single microcircuit of the M1623RT1A type with single electrical programming and an MP 17 microprocessor of the M1821VM85A type, which implements all functions for organizing work, synchronizing and performing the necessary computing operations. When the MP 17 accesses the RAM 15, information is written into the memory cells of the RAM 15 or the transfer of information from the memory cells of the RAM 15, in the absence of access, the RAM cells 15 are in the information storage mode. The ROM 16 is flashed with software, which includes a set of operating and control programs, as well as tables of time constants (time settings). In accordance with the software embedded in the ROM 16, the MP 17 microprocessor organizes the work in several hard cycles, while the ROM 16 is accessed only by the MP 17 signal and the contents of the selected ROM 16 memory cell are output to the bus.

При прохождении орбиты космическим аппаратом в районе терминатора по информации от бортового баллистического программного обеспечения с использованием бортового компьютера 1 (по КУ с наземного комплекса управления при неисправном бортовом компьютере 1), поступающей в формирователь сигнала терминатора 13, на его выходе (порт ОЗУ 15) формируют последовательность непрерывных импульсных сигналов с периодом следования, соответствующим длительности данного витка орбиты (формируют по временной уставке в ПЗУ 16). Таймер 14 запускают сигналом с выхода элемента ИЛИ 14, формируемым по информации от бортового баллистического программного обеспечения при управлении КА с использованием исправного бортового компьютера 1 или от формирователя сигнала терминатора 13, поступающими на входы элемента ИЛИ 14. Поэтому в течение всего срока эксплуатации КА таймер 9 будет надежно запускаться, в том числе и при неисправном бортовом компьютере 1 (отсутствии бортового баллистического программного обеспечения) в районе терминатора. В качестве элемента ИЛИ 14 можно использовать микросхему 564ЛЕ5. В зависимости от наклона орбиты и сезонных условий эксплуатации КА период следования импульсных сигналов терминатора корректируют по информации от бортового баллистического программного обеспечения с использованием бортового компьютера 1, поступающей в формирователь сигнала терминатора 13.When the spacecraft passes orbit in the terminator region, according to information from the on-board ballistic software using the on-board computer 1 (according to the KU from the ground control complex with a faulty on-board computer 1), entering the terminator signal generator 13, at its output (RAM port 15), a sequence of continuous impulse signals with a repetition period corresponding to the duration of a given orbit (formed according to a time setting in ROM 16). Timer 14 is started with a signal from the output of the OR element 14, generated according to information from the on-board ballistic software when controlling the spacecraft using a serviceable on-board computer 1 or from the terminator signal generator 13 supplied to the inputs of the OR element 14. Therefore, during the entire service life of the spacecraft, timer 9 will start reliably, including with a faulty on-board computer 1 (no on-board ballistic software) in the terminator area. As an element OR 14, you can use the 564LE5 microcircuit. Depending on the orbital inclination and the seasonal operating conditions of the spacecraft, the repetition period of the terminator impulse signals is corrected according to information from the onboard ballistic software using the onboard computer 1 supplied to the terminator signal generator 13.

Для повышения надежности и живучести системы электропитания СЭ 4 КА из-за возникающих ситуаций, связанных с незапланированной потерей ориентации СБ 5 на Солнце, в аппаратуре регулирования и контроля АРК 7 используют экономичный режим работы аккумуляторных батарей (см. патент, РФ, №2706762).To improve the reliability and survivability of the power supply system of the SC 4 spacecraft due to emerging situations associated with an unplanned loss of orientation of the SB 5 to the Sun, the ARC 7 regulation and control equipment uses an economical mode of operation of storage batteries (see patent, RF, No. 2706762).

Таким образом, заявленное изобретениеThus, the claimed invention

Figure 00000001
позволяет надежно обеспечить эффективную ориентацию панелей солнечных батарей относительно направления на Солнце в течение всего срока активного существования космического аппарата;
Figure 00000001
allows you to reliably ensure the effective orientation of solar panels relative to the direction to the Sun during the entire active life of the spacecraft;

Figure 00000002
при отрицательном энергобалансе системы электропитания обусловленным незапланированной потерей ориентации солнечных батарей космического аппарата на Солнце, позволяет использовать экономичный режим работы аккумуляторных батарей системы электропитания и тем самым обеспечить высокую надежность и живучесть космического аппарата.
Figure 00000002
with a negative energy balance of the power supply system caused by an unplanned loss of orientation of the solar batteries of the spacecraft to the Sun, it allows the use of an economical mode of operation of the power supply system batteries and thereby ensure high reliability and survivability of the spacecraft.

Кроме того, установка солнечных батарей с панелями, закрепленными как не жестко, так и жестко на корпусе космического аппарата, расширяет функциональные возможности при нарушении ориентации космического аппарата относительно направления на Солнце при сохранении высокой надежности и живучести космического аппарата.In addition, the installation of solar panels with panels fixed both not rigidly and rigidly on the body of the spacecraft, expands the functionality in case of violation of the orientation of the spacecraft relative to the direction to the Sun while maintaining high reliability and survivability of the spacecraft.

Claims (1)

Способ ориентации космического аппарата, включающий ориентацию космического аппарата относительно направления на Солнце и Землю с использованием бортового компьютера по информации датчиков определения углового положения, ориентацию космического аппарата относительно направления на Солнце с использованием дополнительного автономного контура управления, подключаемого к управлению при нарушении ориентации космического аппарата относительно направления на Солнце, и с установкой панелей солнечных батарей, не закрепленных жестко на корпусе космического аппарата, в фиксированное положение относительно корпуса космического аппарата, причём при управлении космическим аппаратом с использованием исправного бортового компьютера при входе в теневой интервал орбиты запускают таймер, предусмотренный в блоке управления космического аппарата, с продолжительностью, равной максимальной продолжительности теневого интервала орбиты, причём после выхода из теневого интервала орбиты при возникновении неисправности бортового компьютера по сигналу таймера космический аппарат переводят в режим работы с использованием автономного контура управления, а при исправном бортовом компьютере по информации от бортового баллистического программного обеспечения отключают таймер, и управление космического аппарата осуществляют по информации исправного бортового компьютера, отличающийся тем, что формируют импульсный сигнал терминатора и при входе космического аппарата в теневой интервал орбиты таймер запускают от импульсного сигнала терминатора или по информации от бортового баллистического программного обеспечения бортового компьютера, при этом для солнечных батарей, панели которых зафиксированы на корпусе космического аппарата, используют поворот корпуса космического аппарата в режиме пассивной закрутки для ориентации солнечных батарей на Солнце, при этом при отрицательном энергобалансе системы электропитания, обусловленном незапланированной потерей ориентации солнечных батарей космического аппарата на Солнце, используют экономичный режим работы аккумуляторных батарей системы электропитания.A method of orientation of a spacecraft, including orientation of a spacecraft relative to the direction to the Sun and the Earth using an on-board computer according to information from sensors for determining the angular position, orientation of the spacecraft relative to the direction to the Sun using an additional autonomous control loop connected to control in case of violation of orientation of the spacecraft relative to the direction on the Sun, and with the installation of solar panels, not rigidly fixed on the body of the spacecraft, in a fixed position relative to the body of the spacecraft, and when controlling the spacecraft using a serviceable on-board computer when entering the shadow interval of the orbit, a timer is started, provided in the control unit of the spacecraft spacecraft, with a duration equal to the maximum duration of the shadow interval of the orbit, and after leaving the shadow interval of the orbit in the event of a malfunction the on-board computer, according to the timer signal, the spacecraft is switched to the operation mode using an autonomous control loop, and if the on-board computer is in good working order, the timer is turned off according to the information from the on-board ballistic software, and the spacecraft is controlled according to the information of the working on-board computer, characterized in that a pulse the terminator signal and when the spacecraft enters the shadow interval of the orbit, the timer is started from a pulse signal of the terminator or according to information from the onboard ballistic software of the onboard computer, while solar batteries, the panels of which are fixed on the spacecraft body, use the rotation of the spacecraft body in passive mode twists for the orientation of solar batteries to the Sun, while with a negative energy balance of the power supply system due to an unplanned loss of orientation of the solar batteries of the spacecraft on The sun uses an economical mode of operation of the battery power supply system.
RU2020116088A 2020-04-24 2020-04-24 Method of orientation of spacecraft RU2736522C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020116088A RU2736522C1 (en) 2020-04-24 2020-04-24 Method of orientation of spacecraft

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020116088A RU2736522C1 (en) 2020-04-24 2020-04-24 Method of orientation of spacecraft

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2736522C1 true RU2736522C1 (en) 2020-11-17

Family

ID=73461084

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2020116088A RU2736522C1 (en) 2020-04-24 2020-04-24 Method of orientation of spacecraft

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2736522C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2760818C1 (en) * 2021-04-05 2021-11-30 Акционерное общество "Научно-исследовательский институт электромеханики" (АО "НИИЭМ") Method for controlling the orientation of the spacecraft

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6381520B1 (en) * 2000-07-10 2002-04-30 Space Systems/Loral, Inc. Sun seeking solar array control system and method
US6439511B1 (en) * 2000-07-26 2002-08-27 Hughes Electronics Corporation Thermal shock avoidance for satellite solar panels
RU2544021C2 (en) * 2013-02-25 2015-03-10 Открытое акционерное общество "Информационные спутниковые системы" имени академика М.Ф. Решетнёва" Method for orientation of artificial earth satellite
RU2613097C1 (en) * 2015-12-23 2017-03-15 Акционерное общество "Военно-промышленная корпорация "Научно-производственное объединение машиностроения" Method for orientation of orbital spacecraft with software-controlled solar panels
RU2706743C1 (en) * 2019-03-27 2019-11-20 Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по космической деятельности "РОСКОСМОС" Method of orientation of spacecraft

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6381520B1 (en) * 2000-07-10 2002-04-30 Space Systems/Loral, Inc. Sun seeking solar array control system and method
US6439511B1 (en) * 2000-07-26 2002-08-27 Hughes Electronics Corporation Thermal shock avoidance for satellite solar panels
RU2544021C2 (en) * 2013-02-25 2015-03-10 Открытое акционерное общество "Информационные спутниковые системы" имени академика М.Ф. Решетнёва" Method for orientation of artificial earth satellite
RU2613097C1 (en) * 2015-12-23 2017-03-15 Акционерное общество "Военно-промышленная корпорация "Научно-производственное объединение машиностроения" Method for orientation of orbital spacecraft with software-controlled solar panels
RU2706743C1 (en) * 2019-03-27 2019-11-20 Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по космической деятельности "РОСКОСМОС" Method of orientation of spacecraft

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2760818C1 (en) * 2021-04-05 2021-11-30 Акционерное общество "Научно-исследовательский институт электромеханики" (АО "НИИЭМ") Method for controlling the orientation of the spacecraft

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7665695B2 (en) Unified attitude control for spacecraft transfer orbit operations
US7410130B2 (en) Star-tracker-based attitude determination for spinning spacecraft
US7546983B2 (en) Spacecraft power acquisition method for wing-stowed configuration
US6021979A (en) Sun-referenced safe-hold control for momentum biased satellites
CN111061247A (en) Polarity test system and test method for closed-loop control of angular momentum of flywheel under whole satellite
CA2948119C (en) Spin stabilization of a spacecraft for an orbit maneuver
RU2736522C1 (en) Method of orientation of spacecraft
RU2722598C1 (en) Method of controlling spacecraft for remote earth sensing
CN113891836A (en) Method for attitude control of a satellite in a survival mode in the absence of prior knowledge of the local time of the satellite orbit
RU2706743C1 (en) Method of orientation of spacecraft
Chubb et al. Flight performance of Skylab attitude and pointing control system
RU2760818C1 (en) Method for controlling the orientation of the spacecraft
US20050133670A1 (en) Unified sensor-based attitude determination and control for spacecraft operations
Kang et al. Design and Development of an Advanced Real‐Time Satellite Simulator
US10144531B2 (en) Reorientation of a spinning spacecraft using gimbaled electric thrusters
RU2702932C1 (en) Method for dynamic high-accuracy orientation and stabilization of spacecraft
Lappas et al. Micro CMGs for agile small satellites: design and in-orbit tests
RU2581106C1 (en) Method for automatic orientation of spacecraft and solar panel during failure of solar panel rotation device
Beusch et al. Three axis attitude control of a synchronous communications satellite
Liu et al. Design and Implementation of Autonomous Fault Detection and Safety Management for Geostationary Satellite Control System
Harland et al. Attitude control system failures
Somov et al. Diagnosis and reconfiguration of the spacecraft fault tolerant gyromoment control systems
Toglia et al. A study of cooperative control of self-assembling robots in space with experimental validation
최홍택 et al. The Analysis of Telemetry Data during Stabilizing the Spacecraft for LEO Satellite
JPH0141560B2 (en)