RU2774491C1 - Стенд для натурных испытаний аппаратуры в космическом пространстве - Google Patents

Стенд для натурных испытаний аппаратуры в космическом пространстве Download PDF

Info

Publication number
RU2774491C1
RU2774491C1 RU2021137485A RU2021137485A RU2774491C1 RU 2774491 C1 RU2774491 C1 RU 2774491C1 RU 2021137485 A RU2021137485 A RU 2021137485A RU 2021137485 A RU2021137485 A RU 2021137485A RU 2774491 C1 RU2774491 C1 RU 2774491C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
equipment
spacecraft
test
crate
remote
Prior art date
Application number
RU2021137485A
Other languages
English (en)
Inventor
Андрей Александрович Жуков
Андрей Евгеньевич Тюлин
Олег Евгеньевич Хромов
Игорь Владимирович Чурило
Original Assignee
Акционерное общество "Российская корпорация ракетно-космического приборостроения и информационных систем" (АО "Российские космические системы")
Filing date
Publication date
Application filed by Акционерное общество "Российская корпорация ракетно-космического приборостроения и информационных систем" (АО "Российские космические системы") filed Critical Акционерное общество "Российская корпорация ракетно-космического приборостроения и информационных систем" (АО "Российские космические системы")
Application granted granted Critical
Publication of RU2774491C1 publication Critical patent/RU2774491C1/ru

Links

Images

Abstract

Изобретение относится к космической технике, а более конкретно к испытаниям в космосе. Стенд для натурных испытаний аппаратуры в космическом пространстве включает платформу для размещения испытуемых блоков и тестовую аппаратуру. Тестовая аппаратура состоит из электрически и информационно связанных внутреннего и внешнего блоков. Платформа для размещения испытуемых блоков и внешний блок тестовой аппаратуры выполнены в виде выносного крейта, располагаемого в открытом космическом пространстве вне герметичного отсека космического аппарата. В выносном крейте для каждого испытуемого блока выделен унифицированный разъем с информационными, управляющими цепями и цепями питания и разъем с цепями специализированных входов-выходов. Выносной крейт электрически и информационно связан с внутренним блоком тестовой аппаратуры, располагаемым внутри герметичного отсека космического аппарата, посредством проводного канала передачи данных и расположен на расстоянии от космического аппарата. Достигается повышение достоверности результатов испытаний. 3 з.п. ф-лы, 1 ил.

Description

Изобретение относится к средствам испытания бортовой аппаратуры космических аппаратов и может быть использовано для упорядочения разработки, испытаний и сокращения затрат на создание модулей бортовой аппаратуры космического назначения при воздействии дестабилизирующих факторов космического пространства в связи с проявлением синергетического эффекта. На практике изобретение может быть использовано для определения на орбите характеристик бортового оборудования в виде унифицированных модулей с использованием Международной космической станции (МКС) и/или станции РОСС.
Из уровня техники известно [1] техническое решение, относящееся к тепловым имитационным стендам для испытаний аппаратуры космических аппаратов, выводимых на околоземную орбиту. Стенд содержит малогабаритную вакуумную камеру с криогенным и соосным ему дополнительным экранами, выполненными из материала с высокой теплопроводностью и нанесенным на его внутреннюю и внешнюю поверхности покрытием с максимальной степенью черноты. Имеется приспособление, например, в виде имитатора термоплаты для установки объекта испытаний внутри дополнительного экрана. В кольцевой полости между экранами равномерно расположены нагреватели с регулируемой мощностью. В торцевой части вакуумной камеры могут быть установлены инфракрасные нагреватели. Недостатки данного технического решения заключаются в низкой функциональности, связанной с проведением исключительно имитационных наземных термовакуумных испытаний и, следовательно, недостаточной достоверностью испытаний, что связано с невозможностью аппаратной оценки совокупного синергетического воздействия на аппаратуру космических аппаратов.
Известна [2] система полетного тестирования, включающая бортовое оборудование спутника и наземную станцию, содержащую радиочастотный усилитель и радиочастотную передающую антенну. Усилитель формирует на входе антенны широкополосные (не менее полосы приема бортового транспондера спутника) тестовые тепловые шумы с регулируемой спектральной плотностью мощности. Ретранслированные оборудованием тепловые шумы поступают в порт испытательного стенда, содержащего устройства сбора, хранения и корреляции данных, связанных с тепловыми шумами, соединенного портом с инфраструктурой дистанционного управления и телеметрии. Недостатки данного технического решения заключаются в недостаточной достоверности испытаний, связанной с отсутствием фиксации воздействующих факторов окружающей среды, и оценкой лишь функционирования бортового оборудования радиоканала. Выявленные в процессе испытаний недостатки можно будет устранить только на космических аппаратах, проектирование и производство которых предполагается в дальнейшем.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту является система (стенд) для проведения на орбите натурных испытаний сложных унифицированных модулей бортовой аппаратуры (декодер командно-программной и телеметрической информации, унифицированный модем высокоскоростная радиолиния, бортовая ЭВМ) космического аппарата [3]. Сложные унифицированные модули бортовой аппаратуры компонуются в выносной блок, размещенный в открытом космическом пространстве и представляющий собой крейт. Проведение испытаний обеспечивает тестовая аппаратура, размещенная частично в выносном блоке, частично в герметичном отсеке космического аппарата. Применение крейта для размещения испытуемой аппаратуры в космическом пространстве повысит достоверность оценки поведения унифицированных модулей под воздействием дестабилизирующих факторов космического пространства в связи с проявлениями синергетического эффекта при натурных испытаниях.
Синергетический эффект заключается том, что на испытуемые блоки в реальности одновременно и периодически воздействуют условия эксплуатации (отрицательная температура в период времени нахождения станции в тени Земли и положительная температура в период времени нахождения станции на солнечной стороне орбиты, ионизирующее излучение (в особенности при прохождении бразильской аномалии), вакуум, тяжелые заряженные частицы, атомарный кислород, микрометеориты, атмосфера станции) и функциональное взаимодействие с реальными полями мировых систем наземной и космической инфраструктуры (реальное навигационное поле на орбите, гравитационные и/или магнитные поля Земли, Солнца и Луны). Одновременное воздействие указанных факторов и определяет синергизм испытаний, при котором результат всех наземных испытаний не будет равнозначен результату натурных испытаний, учитываемый благодаря применению крейта.
Выявлены недостатки известной [3] системы проведения на орбите натурных испытаний, заключающиеся в недостаточной достоверности результатов испытаний, связанной с отсутствием средств фиксации воздействующих факторов окружающей среды, а также в ограниченности перечня оцениваемых функций.
В свою очередь предлагаемый стенд для натурных испытаний аппаратуры в космическом пространстве позволит решить выявленные технические проблемы, предложить перечень технических средств для их решения при лучшей технологичности конструкции за счет унификации и повышенной эффективности испытаний за счет повышения функциональности бортовой аппаратуры при ее испытаниях в космическом пространстве в широком диапазоне температур и уменьшении помех для других космических аппаратов при испытаниях.
Предложен стенд для натурных испытаний аппаратуры в космическом пространстве, включающий платформу для размещения испытуемых блоков, подвергающихся воздействию внешних и эксплуатационных факторов, и тестовую аппаратуру, состоящую из электрически и информационно связанных внутреннего и внешнего блоков. Платформа для размещения испытуемых блоков и внешний блок тестовой аппаратуры выполнены в виде выносного крейта, располагаемого в открытом космическом пространстве вне герметичного отсека космического аппарата. В отличие от ближайшего аналога, в выносном крейте размещены сенсоры для оценки параметров условий внешней окружающей среды, для каждого испытуемого блока выделен унифицированный разъем с информационными, управляющими цепями и цепями питания и разъем с цепями специализированных входов-выходов.
В качестве унифицированного разъема может быть применен разъем типа PC 19, имеющий девятнадцать контактов, или аналогичный по конструкции и функциональному назначению [4].
Под специализированными входами/выходами понимается класс входов/выходов, которые используются для взаимодействия с датчиками (сенсорами) и устройствами, обладающими нестандартными параметрами-уровнем сигнала, специфическими исходя из особенностей устройства параметрами питания и программной обработкой [5].
Выносной крейт электрически и информационно связан с внутренним блоком тестовой аппаратуры, располагаемым внутри герметичного отсека космического аппарата, посредством проводного канала передачи данных и расположен на расстоянии от космического аппарата. Сенсоры для оценки параметров условий внешней окружающей среды связаны через датчико-преобразующую аппаратуру с вычислительным устройством внутреннего блока тестовой аппаратуры. Внутренний блок тестовой аппаратуры содержит вычислительное устройство, интерфейсы взаимодействия с бортовой телеметрической системой, интерфейсы взаимодействия с бортовой вычислительной машиной и блок питания. Выносной крейт электрически и информационно связан с внутренним блоком тестовой аппаратуры посредством трос-кабеля через гермопереходы внешней поверхности космического аппарата и шарнирно закреплен на внешней поверхности космического аппарата.
На схеме стенда для натурных испытаний аппаратуры в космическом пространстве обозначено:
поз. 1 - выносной крейт;
поз. 2 - электрически и информационно связанный внутренний блок;
поз. 3 - герметичный отсек космического аппарата;
поз. 4 - трос-кабель;
поз. 5 - блок сенсоров;
поз. 6 - датчико-преобразующая аппаратура;
поз. 7 - испытуемые блоки;
поз. 8 - разъем с цепями питания;
поз. 9 - разъем с унифицированными информационными цепями;
поз. 10 - разъем с цепями специализированных входов-выходов;
поз. 11 - цепи питания;
поз. 12 - цепи унифицированных информационных связей;
поз. 13 - цепи специализированных входов-выходов;
поз. 14 - гермопереходы;
поз. 15 - внешняя поверхность космической станции;
поз. 16 - вычислительное устройство;
поз. 17 - блок питания;
поз. 18 - интерфейс с бортовой телеметрической системой;
поз. 19 - интерфейс с бортовой вычислительной машиной;
поз. 20 - интерфейс с системой электропитания;
поз. 21 - штанга;
поз. 22 - шаровой шарнир;
поз. 23 - элементы крепления;
поз. 24 - элементы фиксации положения;
поз. 25 - внешний разъем крейта.
Работу стенда для натурных испытаний аппаратуры в космическом пространстве можно пояснить следующим образом.
Выносной крейт 1 для каждого испытуемого блока 7 бортовой аппаратуры содержит унифицированный разъем, с информационными, управляющими цепями 9 и цепями питания 8 и разъем с цепями специализированных входов-выходов 10, что обеспечивает универсальность стенда с точки зрения блоков 7 испытуемой аппаратуры и их унификацию. Очевидно, что блоки 7 испытуемой аппаратуры могут быть разработаны и изготовлены различными компаниями на разных предприятиях, но выходы блоков 7 испытуемой аппаратуры должны сопрягаться с унифицированным разъемом с информационными, управляющими цепями 9 и цепями питания 8 и разъемом с цепями специализированных входов-выходов 10 (данная возможность сопряжения разнотипных испытуемых блоков в одной системе обусловлена существующими тенденциями по унификации бортовой аппаратуры космических аппаратов). Для оценки параметров условий внешней окружающей среды при испытаниях in situ выносной крейт 1 содержит блок сенсоров (датчиков) 5, а тестовая аппаратура содержит датчико-преобразующую аппаратуру для уменьшения влияния атмосферы станции на его функционирование выносной крейт 1 закреплен на штанге 21 длиной не менее метра на шаровом шарнире 22, содержит элементы крепления 23 и фиксации 24 положения на внешней поверхности 15 космического аппарата. Выносной крейт 1 и электрически и информационно связанный внутренний блок 2 тестовой аппаратуры связаны между собой трос-кабелем 4 через гермопереходы 14 внешней поверхности 15 космического аппарата, что обеспечивает, по сравнению с применением беспроводного канала передачи данных, снижение уровня помех для иной аппаратуры, повышает электромагнитную совместимость цепей питания 11, цепей унифицированных информационных связей 12, цепей специализированных входов-выходов 13, проходящих через трос-кабель 4 внешний разъем крейта 25 и гермопереходы 14 внешней поверхности 15 космического аппарата.
Электрически и информационно связанный внутренний блок 2 тестовой аппаратуры расположен внутри герметичного отсека 3 космического аппарата для уменьшения и/или нивелирования действия факторов космического пространства, так как внутри герметичного отсека полностью отсутствует ряд факторов космического пространства, например, вакуум, атомарный кислород, широкий диапазон температур. Электрически и информационно связанный внутренний блок 2 тестовой аппаратуры герметичного отсека содержит вычислительное устройство 16, интерфейсы с бортовой телеметрической системой 18, с бортовой вычислительной машиной 19, с системой электропитания 20 и блок питания 17. Сенсоры крейта 5 для оценки параметров условий внешней окружающей среды через датчико-преобразующую аппаратуру 6 связаны с вычислительным устройством 16 блока тестовой аппаратуры герметичного отсека 3, что обеспечивает обработку получаемой информации и ее преобразование в цифровой вид.
Размещение испытуемых блоков бортовой аппаратуры космических аппаратов, подвергающихся воздействию внешних и эксплуатационных факторов на платформе и применение внешнего блока тестовой аппаратуры, выполненного совместно с платформой для размещения испытуемых блоков в виде выносного крейта, располагаемого в открытом космическом пространстве вне герметичного отсека космической станции обеспечивает мониторинг одновременного воздействия внешних факторов космического пространства, что невозможно достичь при испытаниях бортовой аппаратуры космического аппарата только в земных условиях.
Можно привести следующий практический пример практической реализации предлагаемого стенда для натурных испытаний аппаратуры в космическом пространстве, не исключающий иные варианты осуществления, соответствующие существу предложенного изобретения.
Пример реализации. Для измерения температуры предложено использовать цифровой датчик температуры типа ЦДТ-1 разработки и производства АО «НИИФИ» (г.Пенза), обеспечивающий цифровой выход при измерении температуры от минус 85°С до +125°С [6]. Величину ионизирующего излучения предложено измерять по изменению обратносмещенного p-n перехода шунтирующих диодов для солнечных батарей космических аппаратов. Термостабилизацию крейта предложено осуществлять с применением экранно-вакуумной тепловой изоляции и окраски внешних поверхностей крейта специальной краской типа ЭКОМ производства АО «Композит» (г. Королев Московской области). Испытуемой аппаратурой могут служить декодер командно-программной и телеметрической информации, унифицированный модем высокоскоростной радиолинии, бортовая ЭВМ [3]. После экспозиции на орбите испытуемые блоки могут быть возвращены на Землю для детального анализа результатов испытаний.
Таким образом, предложен стенд для натурных испытаний аппаратуры в космическом пространстве, конструкция которого обеспечит достоверность испытаний за счет синергетического действия факторов космического пространства, при лучшей технологичности, следствием чего является стабильность функционирования бортовой аппаратуры в течение всего срока активного существования при ее эксплуатации в космическом пространстве в широком диапазоне температур.
Литература.
1. К.В. Егоров, В.А.Алексеев, В.3. Копылов, Л.В. Карабан. Стенд для тепловых испытаний радиоэлектронных устройств космических аппаратов. Патент RU 2 553 411. Опубликовано: 10.06.2015. Бюл. №16. Патентообладатель: ОАО «Научно-исследовательский институт точных приборов».
2. С.-О. Тессандори, Э. Буске, А.-Д. Дюран. Способ выявления характеристик функционирования бортового оборудования спутника на орбите и соответствующая система орбитальных испытаний (ЮТ). Патент RU 2 714 061. Опубликовано: 11.02.2020. Бюл. №5. Патентообладатель: ТАЛЬ.
3. А.А. Жуков, А.Е. Тюлин, О.Е. Хромов, И.В. Чурило. Концепция натурных испытаний сложных унифицированных блоков бортовой аппаратуры космического назначения. Международная конференция. «Космические системы». 27 апреля 2021 г. Тезисы. - М. Издательство «Перо», МАИ. 2021 [Электронное издание]. С. 14-15.
4. Электронный ресурс http://www.ru.wikipedia.org/wiki/8P8C. Дата обращения: 22.07.2021.
5. Электронный ресурс http://www.compei.ru/lib/98415. Дата обращения: 22.07.2021.
6. НИИФИ. Российские космические системы. Датчики и преобразователи, с. 253. Электронный ресурс http://www.russianspacesystem.ru. Дата обращения: 20.07.2021.

Claims (8)

1. Стенд для натурных испытаний аппаратуры в космическом пространстве, включающий платформу для размещения испытуемых блоков, подвергающихся воздействию внешних и эксплуатационных факторов, и тестовую аппаратуру, состоящую из электрически и информационно связанных внутреннего и внешнего блоков, причем
платформа для размещения испытуемых блоков и внешний блок тестовой аппаратуры выполнены в виде выносного крейта, располагаемого в открытом космическом пространстве вне герметичного отсека космического аппарата, отличающийся тем, что в выносном крейте
размещены сенсоры для оценки параметров условий внешней окружающей среды,
для каждого испытуемого блока выделен унифицированный разъем с информационными, управляющими цепями и цепями питания и разъем с цепями специализированных входов-выходов, при этом
выносной крейт электрически и информационно связан с внутренним блоком тестовой аппаратуры, располагаемым внутри герметичного отсека космического аппарата, посредством проводного канала передачи данных и расположен на расстоянии от космического аппарата.
2. Стенд для натурных испытаний аппаратуры в космическом пространстве по п. 1, отличающийся тем, что сенсоры для оценки параметров условий внешней окружающей среды связаны через датчикопреобразующую аппаратуру с вычислительным устройством внутреннего блока тестовой аппаратуры.
3. Стенд для натурных испытаний аппаратуры в космическом пространстве по п. 1, отличающийся тем, что внутренний блок тестовой аппаратуры содержит вычислительное устройство, интерфейсы взаимодействия с бортовой телеметрической системой, интерфейсы взаимодействия с бортовой вычислительной машиной и блок питания.
4. Стенд для натурных испытаний аппаратуры в космическом пространстве по п. 1, отличающийся тем, что выносной крейт электрически и информационно связан с внутренним блоком тестовой аппаратуры посредством троса-кабеля через гермопереходы внешней поверхности космического аппарата и шарнирно закреплен на внешней поверхности космического аппарата.
RU2021137485A 2021-12-17 Стенд для натурных испытаний аппаратуры в космическом пространстве RU2774491C1 (ru)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2774491C1 true RU2774491C1 (ru) 2022-06-21

Family

ID=

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2803218C1 (ru) * 2022-12-06 2023-09-11 Акционерное общество "Российская корпорация ракетно-космического приборостроения и информационных систем" (АО "Российские космические системы") Способ проведения натурных испытаний аппаратуры в космосе и система для его осуществления

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2379648C1 (ru) * 2008-12-03 2010-01-20 Марат Александрович Броновец Устройство для испытания материалов на трение и износ
CN107543731A (zh) * 2016-07-22 2018-01-05 北京卫星环境工程研究所 用于航天器电子设备泄复压试验的真空与复压系统
RU2642009C2 (ru) * 2016-05-04 2018-01-23 Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный научно-исследовательский институт машиностроения" (ФГУП ЦНИИмаш) Способ оценки стойкости материалов космической техники к воздействию факторов космического пространства

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2379648C1 (ru) * 2008-12-03 2010-01-20 Марат Александрович Броновец Устройство для испытания материалов на трение и износ
RU2642009C2 (ru) * 2016-05-04 2018-01-23 Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный научно-исследовательский институт машиностроения" (ФГУП ЦНИИмаш) Способ оценки стойкости материалов космической техники к воздействию факторов космического пространства
CN107543731A (zh) * 2016-07-22 2018-01-05 北京卫星环境工程研究所 用于航天器电子设备泄复压试验的真空与复压系统

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2803218C1 (ru) * 2022-12-06 2023-09-11 Акционерное общество "Российская корпорация ракетно-космического приборостроения и информационных систем" (АО "Российские космические системы") Способ проведения натурных испытаний аппаратуры в космосе и система для его осуществления
RU2820237C1 (ru) * 2023-07-17 2024-05-31 Акционерное общество "Российская корпорация ракетно-космического приборостроения и информационных систем" (АО "Российские космические системы") Стенд для испытаний бортовой аппаратуры в космическом пространстве на орбитальной станции
RU221584U1 (ru) * 2023-07-27 2023-11-13 Общество с ограниченной ответственностью "Образование Будущего" Адаптер для размещения модулей полезной нагрузки для организации распределенных учебно-научных экспериментов на борту малых космических аппаратов

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Angelopoulos et al. The ELFIN mission
Donaldson et al. Characterization of on-orbit GPS transmit antenna patterns for space users
Akeret et al. Hide & seek: End-to-end packages to simulate and process radio survey data
Duann et al. IDEASSat: A 3U CubeSat mission for ionospheric science
RU2774491C1 (ru) Стенд для натурных испытаний аппаратуры в космическом пространстве
Shen et al. Analysis of the enhanced negative correlation between electron density and electron temperature related to earthquakes
Yeary et al. Multichannel receiver design, instrumentation, and first results at the national weather radar testbed
Sundström et al. On the use of a satellite remote-sensing-based approach for determining aerosol direct radiative effect over land: a case study over China
Chakraborty et al. A modeling framework for estimating ionospheric HF absorption produced by solar flares
Doumouya et al. Improving and testing the empirical equatorial electrojet model with CHAMP satellite data
Roman-Gonzalez The UNSAAC activities in aerospace development
RU2803218C1 (ru) Способ проведения натурных испытаний аппаратуры в космосе и система для его осуществления
Tomaz et al. Impact of water vapor attenuation on low elevation satcom links
CN106546963A (zh) 一种星载合成孔径雷达仿真测试装置
Sedelnikov et al. Control of rotational motion of a partially inoperable small spacecraft using fuzzy sets
Kshtriya Autonomous ground target tracking, testing, commissioning and operations for greenhouse gas satellite demonstrator (GHGSat-D)
Schlotterer et al. Histogram filter for attitude determination of small asteroid lander
Fedorenko et al. Quantitative Interpretation Method of Reflection Spectra Obtained During Spectrophotometric Observations of Space Objects
Dickinson et al. CYGNSS command and data subsystem and electrical power subsystem phase A and B developments
Bunte et al. Data of European in-situ impact detectors for environment model validation
Siriani Hardware-in-the-loop simulation of nano-satellite constellations
Gilmore et al. 16th Meeting of the Venus Exploration and Analysis Group (VEXAG): November 6-8, 2018, Applied Physics Laboratory, Johns Hopkins University, Laurel, Maryland
Kawase Differential angle tracking for close geostationary satellites
Mantovani et al. NANOSATC-BR2, 2 UNIT CUBESAT, POWER ANALYSIS, SOLAR FLUX PREDICTION, DESIGN AND 3D PRINTING OF THE FLIGHT MODEL FROM THE UFSM & INPE’S NANOSATC-BR, CUBESAT DEVELOPMENT PROGRAM
Kuhn Calibration Instrumentation for the Hydrogen Intensity and Real-Time Analysis eXperiment