Выбор языка |
Главная О КНТС Новости Программы Направления исследований Эксперименты Результаты Информационные ресурсы Приём заявок
Шифр эксперимента: Тридар-Сближение
Направление НПИ: 5. Технологии освоения космического пространства
Секция КНТС: 7. Технические исследования и эксперименты
Наименование эксперимента: Исследование применимости активных сканирующих лазерных устройств в перспективных системах прецизионного сближения с некооперируемыми объектами, в том числе для задач автоматического обслуживания
Цель эксперимента:

Исследование применимости активных сканирующих лазерных устройств в перспективных системах прецизионного сближения с некооперируемыми объектами, в том числе для задач автоматического обслуживания.

Описание эксперимента:

Основные научно-технические задачи КЭ На этапе 1 решаются следующие задачи: - проверка возможности использования лазерного сканирующего дальномера для сближения транспортного корабля с МКС; - оценка удобства использования трехмерного моделирования для контроля процесса сближения космических кораблей со станцией. На этапе 2 решаются следующие задачи: - проверка эффективности использования лазерного сканирующего дальномера в контуре управления кораблем при сближении с некооперируемым КА; - разработка и апробация алгоритмов автоматического сближения с некооперируемыми объектами, верификация специального ПМО автоматического сближения активного корабля с некооперируемым КА; - создание технологического КА-мишени, имитирующего некооперируемый объект, используемого для натурной отработки технологий обслуживания; - реализация сближения ТГК с КА-мишенью; - анализ возможности использования полученного опыта (технологии) для пилотируемых систем нового поколения, в том числе аппаратов обслуживания. Описание хода эксперимента 1 этап: КЭ проводится с использованием ТГК "Прогресс-М" во время его штатного сближения с МКС. Система лазерной локации работает в автономном режиме и не участвует в контуре управления. При проведении эксперимента система лазерной локации включается одновременно с включением системы "Курс-НА". При этом на ТГК производится запись телеметрии работы систем лазерной локации (в том числе набор измерений, полученных лазерным дальномером), "Курс-НА", ТОРУ (в случае нештатного сближения), БЦВМ и видеорегистрация запись процесса сближения с видеокамеры телевизионной системы на сменный носитель. По завершении операции механического захвата ТГК с МКС запись на сменный носитель прекращается. При нахождении ТГК в составе МКС космонавт передает записанную информацию на Землю через канал связи МКС. 2 этап: КЭ выполняется во время автономного полета ТГК после выполнения целевой задачи и отстыковки от МКС, в процессе неоднократных сближений с КА-мишенью. После разгрузки ТГК и демонтажа стыковочного механизма космонавты устанавливают в грузовом отсеке корабля пусковой контейнер с имитатором некооперируемого объекта (ПК ИНО) в рабочее положение при этом крышка люка стыковочного агрегата ТГК остается открытой. После отстыковки от станции ТГК "Прогресс-М" уводится на безопасную для МКС орбиту. По команде с Земли пусковой контейнер отделяет ИНО от ТГК, после этого ТГК отходит от ИНО на различные удаления (от 100 м до 30 км) и проводит подходы сближения при различной светотеневой обстановке. Во время проведения КЭ при управлении сближением ТГК с ИНО используется навигационная информация, полученная с помощью комплекса научной аппаратуры (НА). Для анализа результатов КЭ на Землю передаётся телеметрическая информация работы систем СУДН, комплекса НА и видеотрансляция процесса сближения. Также для анализа результатов КЭ используются информация с наземных станций слежения и данные систем ГЛОНАСС/GPS с КА-мишени.

Новизна эксперимента:

Система лазерной локации обеспечит переход на качественно новый уровень по сравнению с существующими системами сближения. По сравнению с системой "Курс" и другими ее аналогами, использующими активный двусторонний радиообмен, системе лазерной локации не требуется обмен информацией между активным и пассивным КА, что позволит, при сохранении аналогичных точностей, проводить сближение с некооперируемыми объектами, такими как вышедший из строя спутник, аварийная или законсервированная орбитальная станция, КА, с которым изначально стыковка не предполагалась. По сравнению с системами, использующими видеоизображение, система "Тридар" может работать при любой освещенности, имеет выше точность проводимых измерений, может работать с более удаленными объектами и для работы ей не требуются метки на пассивном КА. По сравнению с системой наведения, аналогичной стоящей на ATV, системе "Тридар" не требуется установка отражателей и иных оптических пассивных средств, что упрощает конструкцию, уменьшает стоимость пассивного КА и позволяет системе наведения быть универсальной.

Научная аппаратура:

1 этап:

В состав НА входит система лазерной локации типа "Тридар". Кроме того, при анализе используется телеметрия штатной системы сближения "Курс-НА". При необходимости, во время разработки ТЗ на НА, может быть принято решение о разработке и использовании дополнительной научной аппаратуры. Система лазерной локации, разработанная на базе трехмерного лазерного сканера, должна выполнять следующие функции: - обнаружение объекта; - определение удаления и параметров движения объекта; - формирование исходной информации для БЦВМ; - формирование ориентированной трехмерной модели объекта сближения. Информация, формируемая системой лазерной локации, должна быть достаточной для проведения сближения и стыковки с МКС. Система лазерной локации должна удовлетворять следующим условиям: - главная оптическая ось НА совпадает с главной осью ТГК +X, углы зрения по плоскостям ТГК XOY и XOZ не менее ±15° и ±25° соответственно; - напряжение питающей бортовой линии- 27-4+7 Вольт; - масса не более 25 кг; - энергопотребление не более 50 Вт; - возможность записи необходимой информации на сменный носитель с интерфейсом USB. Система лазерной локации не участвует в контуре управления ТГК. Формируемая системой лазерной локации информация должна записываться на сменный носитель и быть трех видов: - необработанные измерения лазерного дальномера; - трехмерная модель объекта сближения, ориентированная относительно ТГК; - относительное положение объектов сближения в формате системы "Курс-НА". 2 этап: В состав НА на втором этапе входит следующее оборудование: 1 Комплекс НА включает систему лазерной локации типа "Тридар" и другие лазерные и радиотехнические системы российской разработки. 2 КА-мишень - имитатор некооперируемого объекта. 3 Пусковой контейнер ИНО. 4 БЦВМ с навигационным программным обеспечением. При необходимости, во время разработки ТЗ на НА, может быть принято решение о разработке и использовании дополнительной научной аппаратуры. Требования к комплексу НА. Комплекс НА должен выполнять следующие функции: - обнаружение объекта; - идентификация объекта в процессе сопоставления его исходной и текущей (сканируемой) трехмерных моделей; - определение удаления и параметров движения объекта; - формирование исходной информации для БЦВМ; - формирование ориентированной трехмерной модели объекта сближения. Комплекс НА должен формировать исходную информацию для БЦВМ, на базе которой БЦВМ выдает команды управления ТГК. Информация, формируемая комплексом НА, должна быть достаточной для проведения сближения и стыковки с некооперируемым объектом. Комплекс НА должен удовлетворять следующим требованиям: - главная оптическая ось НА совпадает с главной осью ТГК +X, углы зрения по плоскостям ТГК XOY и XOZ не менее ±15° и ±25° соответственно; - напряжение питающей бортовой линии 27-4+7 вольт; - масса не более 40 кг; - энергопотребление не более 150 Вт. При проведении подходов сближения ТГК с ИНО комплекс НА должен быть основным источником навигационной информации для СУДН. Требования к имитатору некооперируемого объекта. Имитатор некооперируемого объекта служит для имитации КА, неоснащенного ответной частью системы сближения. ИНО должен иметь максимальные габариты при условии размещения его в грузовом отсеке ТГК. ИНО должен быть малым КА с собственной системой ориентации, навигации и радиолинией, способной передать на Землю информацию положения и ориентации ИНО. ИНО запускается с помощью пускового контейнера с борта ТГК.Требования к пусковому контейнеру ИНО. ПК ИНО должен обеспечить отделение ИНО от ТГК с линейными скоростями не более 1 м/с и угловыми не более 1 °/с. При этом крепление ПК ИНО должно обеспечить сохранность ИНО на этапе выведения ТГК. В рабочем состояние ПК ИНО должен крепиться в грузовом отсеке ТГК в положении, обеспечивающем беспрепятственный выход ИНО из ТГК. Управление работой ПК ИНО производится по командной радиолинии с Земли.

 

Ожидаемые результаты:

Проведение эксперимента "Тридар-Сближение" покажет реальные возможности реализации системы сближения с использованием новых технологий 3D-моделирования, причём на различных расстояниях до объекта (по данным разработчика, TriDAR успешно функционирует с расстояний порядка 40 км) и при любой освещённости. Данный эксперимент позволит отработать в натурных условиях процедуры автоматического сближения с некооперируемым объектом, что будет иметь, безусловно, важную перспективу. Такого рода системы будут востребованы при проведении операций обслуживания отказавших космических объектов, удалении орбитального мусора антропогенного происхождения. После лётных испытаний рассматриваемой технологии сближения, возможно, её использование в предполагаемых штатных системах сближения пилотируемых и автоматических космических объектов. При этом не потребуется межбортовая радиотехническая связь, навигационные системы, мишени и другое оборудование, что особенно важно при пилотируемых полётах вдали от Земли. Технология лазерного трехмерного сканирования фирмы Neptec (или аналогичная отечественная) может также использоваться при обследовании перед спуском с орбиты теплозащитных покрытий пилотируемых кораблей. Важным здесь представляется такого рода обследования в начале лётных испытаний кораблей нового поколения. Это увеличит безопасность полётов, возможно, сократит время лётных испытаний. Такого рода решения необходимо закладывать в отечественные перспективные проекты. После проведения первого и второго этапов КЭ «Тридар-Сближение» можно будет определить правильное отношения к данным технологиям. Проведение данного КЭ избавит от тупиковых путей разработки и развития системы лазерного трехмерного сканирования, неизбежных на этапах НИР и ОКР, что обеспечит экономию средств и времени при разработке отечественных систем сближения.

Полученные результаты:

 

Сроки проведения: 2014
Состояние эксперимента: Готовится
Организация постановщик: ФГУП "Центральный научно-исследовательский институт машиностроения"
Организации участники: РКК «Энергия», Neptec Design Group (Канада), ФГАНУ ЦНИИ РТК; ОАО «НИИ ТП»
Научный руководитель: Головко А.В., ФГУП ЦНИИмаш, начальник центра, к.т.н.
Публикации по эксперименту:

1. Сапрыкин О.A. Основные направления работ по транспортно-техническому обеспечению. Состояние работ по обслуживаемым КА. Обслуживаемые космические аппараты. Проблемы создания обслуживаемых космических аппаратов: ЭП. /НПО "Энергия", инв.№ 4/5470, 1990.

2. Сапрыкин О.А. Средства транспортно- технического обеспечения. Автоматический КА обслуживания: ЭП./НПО "Энергия", инв. № 4/5473, 1990.

3. Blais, F., Beraldin, J.A., Cournoyer, L., El-Hakim, S., Domey, J., Rioux, M., Christie, I., Serafini, R., Pepper, G., MacLean, S.G., Laurin, D. Target Tracking, Object Pose Estimation, and Effects of the Sun on the NRC 3-D Laser Tracker published in the Proceedings of the Sixth International Symposium on Artificial Intelligence, Robotics and Automation in Space (i-SAIRAS 2001). St-Hubert, Quebec, Canada. June 18-22, 2001. NRC 44876.

4. Mike Kearns President, Space Exploration, TriDAR White Pape, TriDAR: Test Results From Three Space Shuttle Missions. http://www.neptec.com/technology/space/request-for-tridar-white-paper.php

Последнее обновление: 16.11.2017

Информационная справка

Программы

Изображения