CC BY
100Решетневскуе чтения. 2014
УДК 629.78
МЕТОДИКА ПРОЕКТИРОВАНИЯ СВЕРХМАЛЫХ КОСМИЧЕСКИХ АППАРАТОВ
Д. В. Малыгин
Лаборатория проектирования сверхмалых космических аппаратов «Астрономикон» Российская Федерация, 199155, г. Санкт-Петербург, Набережная реки Смоленки, 1 E-mail: [email protected]
Рассмотрена технология разработки сверхмалых космических аппаратов различного назначения. Ключевые слова: СМКА, наноспутник, пикоспутник, системное проектирование, подсистема.
METHOD OF DESIGNING NANOSATELLITE'S
D. V. Malygin
Nanosatellite design laboratory"Astronomikon" 1, Embankment Smolenka, Saint-Petersburg, 199155, Russian Federation E-mail: [email protected]
The development of ultra-small multi-purpose satellites is examined.
Keywords: ultra-small apparatus, nanosatellite, pikosatellite, system design, subsystem.
К сверхмалым космическим аппаратам (СМКА) будем относить такие, массы которых не превышают 1 кг, а объем не более 1 дм куб [1].
Актуальность создания СМКА стала очевидной в начале ХХ1 века с появлением элементной базы, на которой возможно создавать КА указанных массы и объема.
На протяжении последних 13 лет летные испытания прошли несколько сотен СМКА. Многие из них успешно эксплуатируются. Основная проблема их проектирования - в достижении оптимального (или рационального) соотношения показателей качества, стоимости и эффективности. Эти характеристики отрабатываются в условиях обязательного учета основных факторов среды обитания СМКА, физической и технической. Цели проектирования СМКА состоят в решении возникающих проблем с конкретизацией их содержания. Кратко опишем структуру проводимого исследования проектированию СМКА [2].
Итак, вначале приводятся начальные понятия, включающие классификацию СМКА, краткие сведения о разработке и проектировании СМКА, их особенности, системность, принципы системного проектирования, главные вопросы и автоматизацию проектирования. Далее изложены особенности и классификация целевых подсистем, состав служебных подсистем СМКА. Даны примеры. Обращено внимание на согласованность полезной нагрузки и служебных подсистем. После чего рассмотрены вопросы баллистического проектирования, влияния баллистических параметров на характеристики наноспутника. Затем проводятся расчеты характеристик системы энергетического обеспечения (СЭО) и ее согласованию с СМКА; также проведен расчет характеристик системы обеспечения теплового режима (СОТР). Рассмотрено ее согласование с бортовыми подсистемами, в частности с бортовым комплексом управления (БКУ).
Заключение содержит вопросы компоновки СМКА с учетом критериального оценивания проектного решения, включая стоимостные показатели, а также подводит итог процедур ранних стадий проектирования СМКА.
Отметим ключевые моменты, связанные с проектированием служебных подсистем (СП), предназначенных для обеспечения работы полезной нагрузки (ПН). Служебные подсистемы называют также бортовыми обеспечивающими подсистемами (БОП).
Служебные системы КА содержат три группы:
1) системы энергетического обеспечения (СЭО);
2) системы обеспечения теплового режима (СОТР);
3) бортовой комплекс управления (БКУ).
Каждая из перечисленных групп может иметь свой
состав и отличительные от других физические основы.
Согласованность СП и ПН относится к особой задаче проектирования, на которую часто не обращают внимания. Эта задача является частью общей задачи согласования космической системы, в которую входят, кроме СМКА, наземные средства.
Состав наноспутника определяет его массовое уравнение, которое можно представить в виде суммы масс СЭО, СОТР, БКУ, несущих конструкций и полезной нагрузки:
М0 = тСП + тпн = тсэо + тсотр + тбку + тнк + тпн.
Система энергетического обеспечения проектирования (СЭО) предназначены для обеспечения электроэнергией специальных (в общем представлении ПН) и служебных подсистем наноспутника. СЭО СМКА используют солнечную энергию. Фотоэлектрические преобразователи (ФЭП) генерируют постоянный ток. СЭО преобразует постоянный ток в токи переменные необходимых частот.
Малые космические аппараты: производство, эксплуатация и управление
СЭО СМКА отличаются малыми мощностями, которые составляют десятки и единицы Вт. В состав СЭО входят солнечные батареи (СБ) на основе ФЭП, аккумуляторные батареи (АБ), преобразователи и проводники электроэнергии.
Типовой состав СЭО с ФЭП позволяет записать его массовое уравнение в виде
тСЭО = тСБ + тАБ + тАРК + тРФ + тПОР ,
где в правую часть уравнения вошли соответственно массы: солнечных батарей, аккумуляторных батарей (аб), аппаратуры регулирования и контроля (арк), механизмов раскрытия и фиксации (рф) сб и привода ориентации (пор) сб.
в данное уравнение могут войти и другие составляющие, например, приводные устройства сб, механизмы раскрытия и фиксации конструкций.
Ключевое значение в системном проектировании СМКА занимают критерии.
Критерий - это мерило оценивания, определяющее правило оценивания чего-либо. В общем смысле под критерием понимают определяющее правило.
Критерий и показатель - разные понятия. Следует строго их различать. При этом критерий - определяющее правило, а показатель - числовая мера, число. Показатель определяет значение характеристики. Критерий записывается в виде одного или нескольких условий. По критериям будем оценивать результаты проектирования, сравнивать различные варианты проектных решений.
Существуют критерии пригодности и оптимальности, качества и эффективности. Критерий пригодности качества и стоимости СМКА записывается в виде допустимых ограничений на показатели качества и стоимости, например:
М < МД, тСС > тДг, V < КД,
"сс>
тивного существования наноспутника; СЕ, С^ - стоимость и допустимая стоимость жизненного цикла СМКА.
В данное уравнение вошли не все ограничения на показатели качества и стоимости СМКА. На этом примере показано, как принципиально выглядит критерий пригодности качества и стоимости.
Критерий эффективности формируется как критерий оптимальности. В него войдут ограничения по частным показателям качества, например:
С
W = min-
"жц ^цс
V > ¥Д Т > Тд С < СД
УСС - УСС> 1 сас 1 сас' °жц - °жц'
где М0,МД - стартовая масса и допустимая стартовая масса СМКА; тСС, тДСС - масса и допустимая
масса специальных подсистем (ПН); V0,V0д - стартовый и допустимый стартовый объем СМКА; VСС уСС - объем и допустимый объем специальных подсистем; Т САС, ТДАС - срок и допустимый срок ак-
М < Мд V < Vд С < Сд м0-м0 , г0 - у0 , сжц ь сжц ,
тцс — тцс , тлэ — тлэ , где М0,Мд - стартовая масса и допустимая стартовая масса СМКА, V0,V0d - стартовый и допустимый стартовый объем СМКА; Сжц, Сжц - себестоимость и допустимая себестоимость жизненного цикла СМКА; тцп, тцп - масса и допустимая масса служебных подсистем; тЛЭ, тдЛЭ - время и допустимое время летной эксплуатации СМКА.
Библиографические ссылки
1. Малыгин Д. В. Универсальная платформа «Синергия» блочно-модульного исполнения // Решетнев-ские чтения : XV Междунар. науч. конф. Красноярск, 2011. С. 377-378.
2. Малыгин Д. В. Универсальная платформа сверхмалого космического аппарата // Материалы V Всерос. форума студентов, аспирантов и молодых ученых. 2011. С. 38-40.
References
1. Maligin D. V. Universal block-modular platform "Synergy" // Reshetnevskie chteniya : XV International Scientific Conference. C. 377-378.
2. Maligin D. V. Universal platform for nanosatellite // Proceedings of the V All-Russian forum of students and young scientists. 2011. C. 38-40.
© Малыгин Д. В., 2014
УДК 62-233.2
УСТРОЙСТВО АРРЕТИРОВАНИЯ РОТОРА ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ-МАХОВИКА
С МАГНИТНЫМ ПОДВЕСОМ
М. В. Поляков, Г. Н. Гладышев, В. П. Лянзбург
ОАО «Научно-производственный центр «Полюс» Российская Федерация, 634050, г. Томск, пр. Кирова, 56в. E-mail: [email protected]
Разработано устройство арретирования ротора электродвигателя-маховика с электромагнитными опорами, осуществляющее многократную автоматическую фиксацию, центрирование и последующий выбег вращающегося ротора в случаях отказа системы магнитного подвеса.
Ключевые слова: устройство арретирования, магнитный подвес, электродвигатель-маховик.
