Выбор языка |
Главная О КНТС Новости Программы Направления исследований Эксперименты Результаты Информационные ресурсы Приём заявок
Шифр эксперимента: Качка
Направление НПИ: 5. Технологии освоения космического пространства
Секция КНТС: 7. Технические исследования и эксперименты
Наименование эксперимента: Исследование изгибных и крутильных колебаний модулей МКС с помощью высокоточных датчиков звездной ориентации
Цель эксперимента:

Целью космического эксперимента (КЭ) является исследование изгибных и крутильных угловых колебаний модулей Международной космической станции (МКС) на частотах от 5 Гц до 10–3 Гц с помощью высокоточных звездных датчиков ориентации (ЗД), а также исследование характеристик высокоточных звездных датчиков в условиях орбитального полета.

Описание эксперимента:

Измерение спектра угловых микроускорений важно для задач химического и биологического синтеза, создания новых материалов, проведения других экспериментов в условиях микрогравитации, а также различных видов наблюдения поверхности Земли, космических и астрономических объектов, требующих высокой точности стабилизации осей визирования.

В утвержденной программе научных исследований на борту МКС присутствуют КЭ «Идентификация», «Изгиб» и «Среда-МКС», также посвященные изучению вибраций и колебаний МКС. Однако в этих КЭ изучаются не угловые, а линейные моды колебаний. Предлагаемый нами эксперимент дополняет указанные КЭ. Крайне интересно провести эти исследования одновременно и сравнить их результаты (или, возможно, провести их совместную обработку данных, получаемых в этих экспериментах).

 

В предлагаемом КЭ колебания МКС предполагается регистрировать с помощью системы нескольких автономных высокоточных трехосных датчиков звездной ориентации (ЗД) с высокой скоростью опроса, устанавливаемых на внешней поверхности МКС.

 

Дополнительной целью настоящего КЭ является выяснение потребности МКС и современных систем ориентации космических аппаратов вообще в датчиках звездной ориентации субмикрорадианной (субсекундной) точности.

 

Экспериментальный образец ЗД, который предполагается использовать в КЭ «Качка», был разработан ГАИШ в рамках Госконтракта № 14.740.11.0153 «Высокоточные звездные датчики для систем космической ориентации» с Министерством образования и науки. Согласно этому ГК были разработаны рабочая конструкторская документация ЗД, изготовлен экспериментальный образец ЗД и проведены его стендовые (наземные) испытания. Разработанный ЗД имеет следующие характеристики:

 

- погрешность определения координат центра поля зрения – 0,1 секунды дуги;

 

- погрешность определения позиционного угла – 10 секунд дуги;

 

- максимальная угловая скорость КА – 5 минут дуги в секунду;

 

- частота опроса ЗД – до 10 Гц;

 

- габариты – не более 120 мм х 120 мм х 250 мм;

 

- масса – не более 2 кг

 

- энергопотребление – не более 2 Вт.

 

В комплект научной аппаратуры (НА) КЭ входят несколько (не менее 4) ЗД, 2 блока управления экспериментом (БУ), 2 адаптера для крепления моноблоков к корпусу МКС, соединительные кабели. ЗД по 2 в моноблоке устанавливаются вне гермоотсека на внешней стороне модуля МКС, обращенной в сторону противопо¬ложную Земле. Предполагается установить два моноблока на двух модулях из следующих: СМ, МИМ2, МЛМ. БУ устанавливаются по одному внутри каждого моноблока. Задача БУ – сбор и обработка данных от ЗД, а также задание режима функционирования ЗД. Обмен информацией между БУ и ИУС МКС осуществляется через стандартные гермопроходники МКС.

 

В состав каждого моноблока входят:

 

- 2 ЗД;

 

- 1 БУ;

 

- адаптеры крепления к МКС;

 

- СОТР.

 

Общее количество ЗД, используемых в ходе КЭ, – 4.

 

Длительность КЭ – 3 года. Эксперимент включает не менее одного сеанса измерений в месяц.

 

Поскольку для высокоточных звездных датчиков разработана РКД, организация-постановщик предлагает включить настоящий КЭ в программу научных исследований на МКС в стадии ОКР начиная с этапа доработки РКД. Организация-постановщик КЭ готова предоставить инженерную записку и ТЗ на КЭ, а также выступить в качестве организации-разработчика научной аппаратуры КЭ.
Новизна эксперимента:

КЭ является новым, поскольку ранее проведение эксперимента с требуемой точностью методами астроориентации было невозможно из-за отсутствия ЗД с необходимой точностью. Реализация подобных измерений с помощью гироскопов также не позволяло достичь микрорадианной точности в течение часа.

На борту МКС были проведен ряд КЭ по исследованию вибраций станции, ряд других подобных экспериментов, в том числе для РС МКС, готовятся в настоящее время. Все они посвящены исследованию линейных вибраций и микроускорений.

 

Качественный уровень предлагаемого исследования превосходит аналогичные зарубежные и российские исследования.

 

Научная аппаратура:

В состав НА «Качка» входят: - два моноблока ЗД, каждый из которых включает в себя: - два звездных датчика (ЗД); - один блок управления (БУ); - один механический адаптер крепления моноблока ЗД на внешней поверхности МКС - соединительные кабели обеспечивают: подачу электропитания к моноблокам ЗД; передачу данных и ТМИ между моноблоком ЗД и бортовыми системами МКС; - сменные внешние носители информации (ВНИ). Моноблок ЗД с помощью механического адаптера устанавливаются вне гермоотсека на одном из модулей МКС. БУ в составе моноблока ЗД соединяется кабелями с бортовыми системами МКС. Сменные ВНИ используются в КЭ при необходимости и заменяются по мере заполнения или при необходимости доставки на Землю. Заполненные (или частично заполненные) ВНИ доставляются на Землю в составе спускаемого груза.

Ожидаемые результаты:

- Частоты, амплитуды и спектры изгибных и крутильных угловых колебаний РС МКС.

- Типичные спектральные состояния угловых колебаний МКС.

- Характерные периоды качественного изменения вида спектров угловых колебаний МКС в различных режимах функционирования.

- Характеристики высокоточных ЗД в космических условиях и их изменение со временем.

Полученные результаты:

 

Сроки проведения: 2014 – 2017 гг.
Состояние эксперимента: Готовится
Организация постановщик: Общество с ограниченной ответственностью «Гаскол» (ООО «Гаскол») (Инновационное предприятие, резидент Фонда «Сколково»)
Организации участники: РКК «Энергия», ФГБУ «НИИ ЦПК имени Ю.А.Гагарина», ЦУП ФГУП ЦНИИмаш , Государственный астрономический институт имени П.К. Штернберга Московского государственного университета имени М.В. Ломоносова
Научный руководитель: Прохоров М. Е., соучредитель ООО «Гаскол»
Публикации по эксперименту:

[1] А.И. Захаров, А.В Миронов, Ф.Н. Николаев, М.Е. Прохоров, М.С. Тучин, «Датчики звездной ориентации следующего поколения» // Труды ИПА, Т.20, С.427-432 (2009).

[2] А.И. Захаров, М.E. Прохоров, М.С. Тучин, «Разработка и использование высокоточных звездных датчиков ориентации нового поколения» // Глава в монографии «Инновационные решения для космической механики, физики, астрофизики и медицины», Ред. В.А.Садовничий, М.И.Панасюк, А.И.Григорьев, М., МГУ, 2010.

[3] М.Е. Прохоров, А.И. Захаров, А.В. Миронов, Ф.Н. Николаев, М.С. Тучин, «Современные датчики звездной ориентации» // Труды 38-й конференции «Физика космоса», Екатеринбург: Изд. УрГУ, С. 170-186 (2009).

[4]А.И.Захаров, М.Г. Никифоров, «Систематические и случайные ошибки определения положения фотоцентров звезд на матричных фотоприемниках» // Механика, управление и информатика. № 2. С.280–288. (2011).

[5] О.Ю. Стекольщиков, А.И. Захаров, М.Е. Прохоров, «Конструктивные особенности узкопольного звездного датчика ГАИШ МГУ с зеркальным объективом» // Механика, управление и информатика. № 9. (2013). (в печати).

[6] М.Е. Прохоров, А.И. Захаров, М.С. Тучин, «Расчет оптимальных характеристик оптической системы и матричного приемника излучения звездного датчика ориентации по его ТТХ» // Механика, управление и информатика. № 9. (2013). (в печати).

[7] А.В. Бирюков, А.И. Захаров, М.Г. Никифоров, Ф.Н. Николаев, М.Е. Прохоров, М.С. Тучин, «Навигационный звездный каталог минимального объема, привязанный к квазиравномерной сетке на небесной сфере» // Механика, управление и информатика. № 9. (2013). (в печати).

[8] А.В. Бирюков, А.И. Захаров, М.Г. Никифоров, Ф.Н. Николаев, М.Е. Прохоров, М.С. Тучин, «Сравнение методов распознавания звездных конфигураций путем сравнения пар звезд с использованием и без использования информации о блеске звезд» // Механика, управление и информатика. № 9. (2013). (в печати).

[9] М.С. Тучин, А.В. Бирюков, А.И. Захаров, М.Е. Прохоров, «Учет термо-генерации матричных ПЗС как основа повышения точности измерения звездного датчика» // Механика, управление и информатика. № 9. (2013). (в печати).

[10] В.Г. Мошкалев, А.В. Бирюков, А.И. Захаров, Н.Л. Крусанова, А.В. Миронов, Ф.Н. Николаев, М.Е. Прохоров, М.С. Тучин, «Расчет блеска звезд в спектральной полосе кремниевого фотоприемника звездного датчика по данным каталогов Tycho-2 и 2MASS» // Механика, управление и информатика. № 9. (2013). (в печати).

Последнее обновление: 15.11.2017

Информационная справка

Программы

Изображения