Применение комплекса полунатурного моделирования для динамических испытаний активных систем ориентации и стабилизации космических аппаратов Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

УДК 629.78.018.3

ПРИМЕНЕНИЕ КОМПЛЕКСА ПОЛУНАТУРНОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ ДЛЯ ДИНАМИЧЕСКИХ ИСПЫТАНИЙ АКТИВНЫХ СИСТЕМ ОРИЕНТАЦИИ И СТАБИЛИЗАЦИИ КОСМИЧЕСКИХ АППАРАТОВ

Д. А. Федченко1*, С. А. Дернов1, Е. Н. Якимов1, А. В. Мурыгин2

1 АО «Информационные спутниковые системы» имени академика М. Ф. Решетнева» Российская Федерация, 662972, г. Железногорск Красноярского края, ул. Ленина, 52 2Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева Российская Федерация, 660037, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31

E-mail: [email protected]

Представлены основные результаты динамических испытаний систем ориентации и стабилизации на комплексе моделирующих стендов, построенном на принципах полунатурного моделирования, следующих спутников AMOS-5, ЛУЧ-5А, ЯМАЛ-401, ЭКСПРЕСС-АМ5. Описаны основные преимущества комплекса.

Ключевые слова: система ориентации и стабилизации, динамические испытания, спутник.

APPLICATION OF COMPLEX HIL DYNAMIC TEST ACTIVE SATELLITE ATTITUDE DETERMINATION AND CONTROL SYSTEMS

D. A. Fedchenko1*, S. А. Dernov1, E. N. Yakimov1, A. V. Murygin2

JSC "Information satellite systems" named after academician M. F. Reshetnev" 52, Lenin Str., Zheleznogorsk, Krasnoyarsk region, 662972, Russian Federation 2Reshetnev Siberian State Aerospace University 31, Krasnoyarsky Rabochy Av., Krasnoyarsk, 660037, Russian Federation. *E-mail: [email protected]

The main results of dynamic testing of satellite attitude determination and control systems in the complex modeling benches based on the principles of Hil, the following satellites: AMOS-5, LUCH-5A, YAMAL-401, EXPRESS-AM5 are given. The main advantages of complex are described.

Keywords: attitude determination and control systems, dynamic test, satellite.

Опыт АО «ИСС» по отработке таких сложных систем космических аппаратов (КА), как система ориентации и стабилизации (СОС), показывает большую эффективность использования методов полунатурного моделирования [1], позволяющих выявлять потенциальные проблемы в работе СОС КА на более ранних этапах проектирования и создания, что может существенно снизить затраты на устранение выявленных недостатков.

Такой метод отработки сложных систем общепринят в мире [2-5] и является единственным средством адекватной отработки с учётом внутренней динамики составляющих компонентов. В настоящее время в «арсенале» АО «ИСС» имеется мощное средство для проведения динамических испытаний активной СОС перспективных КА - это комплексный моделирующий стенд (КМС), в основе которого заложены методы полунатурного моделирования. Значительная сложность и высокая стоимость проведения летных испытаний, с одной стороны, и ограниченность возможностей программных (математических) моделей (ранние этапы отработки ПО СОС), с другой стороны, а также отсутствие каких-либо динамических испытаний СОС на других этапах испытаний придают этапу

динамических испытаний СОС на КМС высокую значимость. Основное назначение КМС - это обеспечение проведения динамических испытаний (ДИ) СОС, которые предназначены для экспериментального подтверждения работоспособности реальной СОС при имитации внешних ориентиров и углового движения КА.

Основным результатом отработки СОС на КМС является подтверждение правильности выбранных проектных решений, а также выявлений замечаний к программному обеспечению СОС и часто к бортовой аппаратуре (БА) и бортовой кабельной сети (БКС) СОС и другим смежным системам.

Важность данной отработки СОС заключается в том, что именно на КМС впервые происходит интеграция бортовой аппаратуры и кабельной сети с бортовым программным обеспечением СОС. На рисунке в процентном соотношении приведены сводные диаграммы замечаний, которые могли бы привести к полному или частичному отказу системы, выявленных при проведении динамических испытаний на КМС систем ориентации и стабилизации следующих спутников: «Amos-5», «Луч-5А», «Ямал-401» и «Экспресс-АМ5».

Решетнеескцие чтения. 2015

□ Замечания к БА и БКС □ Замечания к БПО □ Замечания к ПМД и КД

Замечания, полученные при динамических испытаниях СОС на КМС

Применение такого инструмента, как комплексный моделирующий стенд, позволяет решать ряд задач динамических испытаний СОС, решение которых невозможно реализовать другими наземными испытательными средствами, а именно:

- проводить проверки системы в целом, с БА, БПО, БКС и смежными системами во всём многообразии внешних воздействий на систему;

- проводить проверки системы с учётом реальных характеристик приборов: шумов, нелинейностей преобразователей сигналов, реальных временных, фазовых характеристик функционирования аппаратуры и БПО;

- имитировать как штатные, так и нештатные (аварийные) ситуации, возможна практически любая имитация отказов и аномальной работы аппаратуры СОС;

- проводить отработку методик оценки результатов лётных испытаний, вести сопровождение программы ЛИ, контролировать функционирование системы «вживую».

Библиографические ссылки

1. Дернов С. А., Туляков А. М., Федченко Д. А. Применение полунатурного моделирования для наземной отработки систем ориентации космических аппаратов нового поколения // Материалы Научно-технической конференции молодых специалистов ОАО «Информационные спутниковые системы» имени академика М. Ф. Решетнёва». Железногорск, 2008. C. 29-30.

2. Schwartz J. L., Hall C. D. The Distributed Spacecraft Attitude Control System Simulator: Development, Progress, Plans, 2003 / Flight Mechanics Symposium // Goddard Space Flight Center. Greenbelt, Maryland. 2003. October 28-30. [Электронный ресурс]. URL: http://www.dept.aoe.vt.edu/~cdhall/papers/FMS03.pdf (дата обращения: 22.11.2014).

3. Schwartz J. L., Hall C. D. Comparison of System Identification Techniques for a Spherical Air-Bearing Spacecraft Simulator: AAS/AIAA Astrodynamics Specialists Conference, Big Sky. Montana, August 2003. [Электронный ресурс]. URL: http://www.dept.aoe.vt. edu/~cdhall/papersMAS03 -611.pdf (дата обращения: 22.11.2014).

4. Schwartz J. L., Hall C. D. System Identification of a Spherical Air-Bearing Spacecraft Simulator: AAS/AIAA Space Flight Mechanics Meeting. Maui, Hawaii. February 2004. [Электронный ресурс]. URL: http://www.dept.aoe. vt.edu/~cdhall/papers/AAS04-122.pdf (дата обращения: 22.11.2014).

5. Синицкий Д. Е. Модернизированный испытательный комплекс для контроля динамических характеристик космического аппарата на основе методов полунатурного моделирования : дис. ... канд. техн. наук. Красноярск, 2014. 124 с.

References

1. Dernov S. A., Tulyakov A. M., Fedchenko D. A. [Application of HIL for ground tests of the orientation of a new generation of spacecraft]. Nauchno-tekhnicheskaya konferentsia molodykh spetsialistov OAO «Informatsion-nyye sputnikovyye sistemy» imeni akademika M. F. Re-shetneva» [Scientific-technical conference of young specialists JSC "Information Satellite Systems" Academician M.F. Reshetnev "]. Zheleznogorsk, JSC "Information Satellite Systems" publ., 2008. pp. 29-30. (In Russ.)

2. Schwartz J. L., Hall C. D. The Distributed Spacecraft Attitude Control System Simulator: Development, Progress, Plans, 2003 / Flight Mechanics Symposium // Goddard Space Flight Center. Greenbelt, Maryland, October 28-30. 2003. URL: http://www.dept.aoe. vt.edu/~cdhall/papers/FMS03.pdf (дата обращения: 22.11.2014).

3. Schwartz J. L., Hall C. D. Comparison of System Identification Techniques for a Spherical Air-Bearing

Spacecraft Simulator: AAS/AIAA Astrodynamics Specialists Conference, Big Sky. Montana, August. 2003. URL: http://www.dept.aoe.vt.edu/~cdhall/papers/ AAS03-611.pdf (дата обращения: 22.11.2014).

4. Schwartz J. L., Hall C. D. System Identification of a Spherical Air-Bearing Spacecraft Simulator: AAS/AIAA Space Flight Mechanics Meeting. - Maui, Hawaii. - February 2004. URL: http://www.dept.aoe.vt.edu/~cdhall/ papers/AAS04-122.pdf (дата обращения: 22.11.2014).

5. Sinitskiy D. E. [Upgraded test facilities to monitor the dynamic ray characteristics of the spacecraft on the basis of semi-natural methods are modulation] Modernizi-rovannyy ispytatel'nyy kompleks dlya kontrolya di-namiche-skikh kharakteristik kosmicheskogo apparata na osnove metodov polunaturnogo modelirovaniya. Dis. Cand. Sc. Krasnoyarsk. 2014, 124 p.

© Федченко Д. А., Дернов С. А., Якимов Е. Н., Мурыгин А. В., 2015

УДК 621.311.69

ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ АНАЛОГОВЫХ СИГНАЛОВ ДЛЯ ИМИТАТОРОВ СОЛНЕЧНЫХ БАТАРЕЙ

Н. В. Штабель, Е. А. Мизрах, Р. В. Балакирев, С. Б. Ткачев, Д. Н. Пойманов

Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева Российская Федерация, 660037, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31

E-mail: [email protected]

Приведен обзор различных реализаций функциональных преобразователей для имитаторов солнечных батарей. Рассмотрены и исследованы динамические характеристики аналогового и цифрового функциональных преобразователей.

Ключевые слова: функциональный преобразователь, солнечная батарея, преобразование сигналов, обратная связь.

FUNCTIONAL CONVERTERS OF ANALOG SIGNALS FOR SOLAR ARRAY SIMULATOR

N. V. Shtabel, E. A. Mizrah, R. V. Balakirev, S. B. Tkachev, D. N. Poymanov

Reshetnev Siberian State Aerospace University 31, Krasnoyarsky Rabochy Av., Krasnoyarsk, 660037, Russian Federation E-mail: [email protected]

The article contains review of possible solar array simulator functional transformer types. The researchers study and discuss dynamical characteristics of analog and digital realizations offunctional transformers.

Keywords: functional transformer, solar array, signal processing, feedback.

В настоящее время для наземных испытаний энергосистем космических аппаратов, использующих в качестве источника первичного электропитания солнечные батареи, широко применяются имитаторы солнечных батарей (ИБС). ИБС представляют собой источники электропитания, воспроизводящие основные характеристики солнечной батареи (БС), такие как вольтамперная характеристика (ВАХ) и адми-тансная частотная характеристика (АдЧХ).

В СибГАУ разрабатываются ИБС, использующие принцип формирования требуемых характеристик по цепи функциональной обратной связи (ФОС). ИБС выполнены по схеме стабилизатора тока с обратной связью по напряжению нагрузки (рис. 1), содержащей функциональный преобразователь (ФП), воспроизводящий требуемую ВАХ, и масштабирующие устройства, необходимые для регулирования ВАХ в требуемом диапазоне.

04

ФП

УН КУ НУМ H

ИТ

Рис. 1. Структурная схема ИБС с ФОС по напряжению нагрузки

В [1; 2], показано, что свойства ФОС оказывают существенное влияние на точностные и динамические характеристики имитатора, а именно: погрешность воспроизведения ВАХ, полосу пропускания и адмитанс-но-частотную характеристику. Причём свойства ФОС