Пристрій для астроспостережень на основі приладів дистанційного зондування землі

Корисна модель належить до галузі космонавтики, зокрема, до бортового обладнання космічних апаратів (КА) і може бути використана в системах керування бортовою апаратурою вітчизняних космічних апаратів дистанційного зондування Землі (ДЗЗ). Відомий пристрій для астроспостережень - спеціалізована бортова астровимірювальна система (ABC), яка служить для визначення параметрів орієнтації вісей приладної системи координат відносно інерційної (другої екваторіальної) системи координат [1, 2, 4]. Недоліком відомого пристрою, обраного як прототип, є те, що ABC мають надто великі вагові та енергетичні показники, що значно обмежує їх використання для цілого класу малих, міні - та мікро супутникових систем. Крім того, ABC проводять астровимірювання на відносно малих проміжках часу, що також погіршує ефективність їх цільового використання [1, 2, 5]. В основу корисної моделі покладено завдання створити пристрій для астроспостережень на основі оптичних приладів апаратури дистанційного зондування Землі, який шляхом введення додаткового поворотного дзеркала дав можливість забезпечити проведення астроспостережень та визначення параметрів орієнтації КА. Для рішення поставленого завдання у пристрої для астроспостережень, який полягає в тому, що в якості астровимірювальної системи застосовується прилад дистанційного зондування Землі та поворотне дзеркало, яке шляхом переміщення почергово проектує на чутливий елемент приладу підстилаючу поверхню Землі або зоряне небо, по інформації з якого бортовим обчислювальним пристроєм проводиться визначення параметрів орієнтації КА. Суть запропонованої корисної моделі полягає у наступному: зараз в закордонній та вітчизняній практиці побудови бортового обладнання КА широке застосування находять альтернативні варіанти траєкторних вимірювань - уточнення поточного положення КА по зіркам з подальшою корекцією розрахункових параметрів орбіти бортовим обчислювальним комплексом. При цьому використовується спеціальний прилад астровимірювальна система (ABC), яка служить для визначення параметрів орієнтації вісей приладної системи координат відносно інерційної (другої екваторіальної) системи координат. Задача визначення параметрів орієнтації вирішується як при повністю невідомій початковій орієнтації КА, так і при заданій апріорній інформації про орієнтацію КА. ABC характеризується двома системами координат [1, 5] : - внутрішньою - oxyz, яка зв'язана з структурою матриці ПЗС, - приладною (зовнішньою) - OXYZ, яка зв'язана з установочними елементами в основі конструкції КА. Внутрішня система координат oxyz жорстко зв'язана з системою „Об’єктив-ПЗС" і обраховується наступним чином: - початок системи координат умовно розміщується в центрі; - вісь ох - паралельна строкам ПЗС і направлена проти напряму зчитування вихідного регістру; - вісь оу - параллельна напрямку стовпців і направлена від вихідного регістру (проти напрямку переносу строк); - вісь oz - співпадає з нормаллю, яка направлена з задньої вузлової крапки об'єктива на площину матриці ПЗС та направлена в бік об'єктива. Таким чином, напрямок на центр зображення зірки (х'з, у'з, z'3=0) з центру проектування у внутрішній системі координат буде визначатись вектором r : é x ' з - х '0 ù ú ê r = ê y ' з - y '0 ú ê 0- f ú û ë При установці ПЗС на основу оптико-електронного блока забезпечується паралельність осі ох матриці та лінії, дотичної до вхідного отвору. Приладна система координат OXYZ визначається наступним чином: Початок приладної системи координат співпадає з початком внутрішньої системи координат. - вісь OZ співпадає з напрямком вісі oz та параллельна до неї (складає нормаль до площини основи та направлена від основи до об'єктива); - вісь ОХ параллельна лінії, дотичній до вхідного отвору; - вісь OY доповнює систему до правої. Перехід від внутрішньої системи координат до приладної здійснюється за наступним алгоритмом: élù élù ê ú ê ú mú = M* êmú ê ênú ên ú ë û np ë û вн де: élù ê ú êmú ê ú ënû élù ê ú êmú ê ú ënû np - вектор направляючих косинусів в приладній системі координат; вн - вектор направляючих косинусів у внутрішній системі координат; M - матрица взаємної орієнтації осей внутрішньої та приладної системи координат (коефіцієнти матриці визначаються на етапі юстировочних робіт). Перехід здійснюється через коефіцієнти матриці М , які в подальшому використовуються для обчислення орієнтації приладної системи координат OXYZ відносно внутрішньої системи координат oxyz бортовим обчислювальним пристроєм. Відносно невелика завантаженість ABC астровимірюваннями, досить велика вага та енергоємність значно обмежує їх використання для цілого класу малих, міні - та мікро супутникових систем та викликає необхідність пошуку нових технічних рішень, одним з яких є використання для проведення астроспостережень оптичних приладів апаратури дистанційного зондування Землі, зокрема сканерів оптичного діапазону на основі напівпровідникових чутливих елементів та поворотного дзеркала, яке шляхом переміщення почергово проектує на чутливий елемент зоряне небо або підстилаючу поверхню Землі. Функціональна схема бортової системи астровимірювань для запропонованого пристрою представлена на Фіг. Кришка (1). Служить для захисту оптичних приладів від пилу, газового конденсату та інших часток. Бленда з поворотним дзеркалом (2). Служить для перенацілювання на чутливий елемент приладу зоряного неба або підстилаючої поверхні Землі та захисту від бокових променів Сонця, Місяця інших планет. Блок об'єктива (3). Формує оптичне зображення зоряного неба або підстилаючої поверхні Землі в площині фотоприймача. Модуль відеоблока (4). Служить для об’єднання в одне ціле оптичної системи та перетворювача світового випромінювання в електричний сигнал. Має в своєму складі силовий корпус приладу. Модуль процессору - бортовий обчислювальний пристрій (5). Служить для обробки сигналів з метою вирішення завдань ДЗЗ та визначення орієнтації КА. Модуль живлення (6). Служить для забезпечення електроенергією всіх складових приладу. Реалізація запропонованої корисної моделі не потребує активних вимірювальних засобів, може бути реалізована на базі штатних приладів спостереження за поверхнею Землі в оптичному діапазоні та дозволяє зменшити вагові та енергетичні показники КА. Крім того, даний підхід дозволить скоротити кількість наземних вимірювань параметрів орбіти та виключити із складу КА спеціалізовану астровимірювальну систему. Джерела інформації 1. Космические радиотехнические комплексы / Под общ. редакцией Г. В. Стогова - М.: МО СССР, 1986 - 626с. 2. Застосування космічних систем для забезпечення дій збройних сил .Навчальний посібник/за ред. B. I. Ткаченка - X.: ХВУ, 2001 - 192с. 3. Глазов Б. И. Автоматизация управления средствами и частями полигонных и космических комплексов - М.: МО СССР, 1988 - 326с. 4. Організація системи управління космічними засобами в умовах однопунктної технології / С. Т. Черепков, B. I. Богомья, О. М. Загорулько, С. Д. Ставицький: Навчальний посібник. - К.: НАОУ, 2005. - 57с 5. Ломако Г. И. Определение и анализ движения по экспериментальным данным. - М.: МО СССР, 1983. 263с. 6. Ефимов С. К., Нестерович А. Г., Яковченко А. И. Апаратура спутниковой навигации КА «СІЧ-1М» и «Микроспутник.// Космічна наука і технологія. - 2001. - Т.7, №4. - С.114-116.