Двокоординатний побудовник місцевої вертикалі планети

Двокоординатний побудовник місцевої вертикалі планети, що містить корпус із круговим вхідним оптичним вікном, у герметично замкнутому об'ємі якого розміщені блок керування, дзеркало обертання (огляду), привід сканування, вісь обертання якого кінематично зв'язана з віссю обертання дзеркала огляду, приймальна оптична система, оптична вісь якої збігається з віссю обертання дзеркала огляду, що містить установлені співвісно з оптичною віссю об'єктив, фільтр інфрачервоних променів і приймач інфрачервоних променів, електрично зв'язаний із блоком керування, який відрізняється тим, що він додатково містить привід змінювання кута конуса сканування планети, вісь якого кінематично зв'язана з віссю кута нахилу дзеркала огляду відносно осі, нормальної до його осі обертання, причому приймальна оптична система розташована у центрі кругового вхідного оптичного вікна, яке спрямоване у бік планети. Винахід належить до галузі орієнтації і навігації космічних апаратів (КА) і може бути використаний в якості двокоординатного побудовника місцевої вертикалі планети, зокрема - у системах керування штучни х супутників Землі, наприклад, у мікросупутниках. Відомі оптико-електронні побудовники місцевої вертикалі [Я.М. Ивандиков «Оптикоэлектронные приборы для ориентации и навигации космических аппаратов», М., «Ма шиностроение», 1971, с. 114, рис. 3.9], що працюють за принципом дзеркал обртання, у яких лінійне сканування по чотирьох напрямках досягається за рахунок коливань чотирьох дзеркал. Відомі також оптико-електронні побудовники місцевої вертикалі [Я.М. Ивандиков «Оптикоэлектронные приборы для ориентации и навигации космических аппаратов», М., «Ма шиностроение», 1971, с. 115, рис. 3.10] з нелінійним скануванням, оптична система яких складається з об'єктива і двох оптичних клинів, при цьому двигун за допомогою редуктора обертає клини в проти лежних напрямках, а швидкість обертання одного клина в три рази більше швидкості обертання іншого клина. Відомі оптико-електронні побудовники місцевої вертикалі Землі [Я.М. Ивандиков «Оптикоэлектронные приборы для ориентации и навигации космических аппаратов», М., «Ма шиностроение», 1971, с. 119 - 126, рис. 3.13 -3.16], принцип дії яких заснований на порівнянні освітленостей, створюваних протилежними ділянками візуємого обрію. Ця інформація є вихідною для визначення місцевої вертикалі будь-якої планети. Зазначені добудовники мають складну оптичну систему (проектування країв планети здійснюється на чотири оптичні приймачі) або складну кінематику (необхідно здійснення коливань чотирьох дзеркал або обертання оптичних клинів), а також не дозволяють вести вимір поточної висоти польоту КА. Найбільш близьким по технічній суті до пристрою, який заявляється, є двокоординатний побудовник місцевої вертикалі планети [Я.М. Иван (19) UA (11) 78368 (13) C2 (21) a200502684 (22) 24.03.2005 (24) 15.03.2007 (46) 15.03.2007, Бюл. № 3, 2007 р. (72) Гусєв Олексій Володимирович, Карпачев Юрій Андрійович, Рудик Юрій Микитович (73) Гусєв Олексій Володимирович, Карпачев Юрій Андрійович, Рудик Юрій Микитович (56) JP патент №01267410, G01C21/24, B64G1/66, публ. 25.10.1989. JP, патент №09105852, G02B7/182, B64G1/36, публ. 22.04.1997. JP, патент №08178689, C01C21/24, B64G1/36, публ. 12.07.1996. JP, патент №10221110, G01C21/24, G01C1/00, публ. 21.08.1998. US, патент №5337241, G01S5/08, G01S1/44, публ. 09.08.1994. Ивандиков Я.М. Оптико-электронные приборы для ориентации и навигации космических аппаратов. М.: Машиностроение, 1971. - С. 110, Рис. 3.6. 3 78368 4 диков «Оптико-электронные приборы для ориенкількості супутніх приймачеві елементів, а також тации и навигации космических аппаратов», Μ., одне дзеркало огляду. Відсутність складної систе«Машиностроение», 1971, с.110, рис. 3.6], виконами для кутового переміщення дзеркала огляду, ний у вигляді приладу з герметичним корпусом і з простота кінематичних зв'язків між елементами двома обертовими головками, кожна з яких має конструкції підвищує надійність експлуатації прикругове вхідне оптичне вікно і дзеркало огляду. У строю. Названі переваги забезпечують достатньо герметично замкнутому об’ємі приладу розміщені малі вагові і габаритні характеристики побудовниблок керування, привод сканування, вісь обертанка, що, у кінцевому рахунку, дає можливість його ня якого кінематично зв'язана з осями обертання використання в мікросупутнинах. Крім того, запродзеркал огляду, дві приймальні оптичні системи, понована структурно-кінематична схема скануваноптичні осі яких збігаються з відповідними осями ня у процесі уточнення місцевої вертикалі планети обертання дзеркал огляду, при цьому кожна оптидозволяє не втрачати оптичного контакту з краєм чна система має об'єктив, фільтр інфрачервоних планети, що веде до збільшення променевої енерпроменів і приймач інфрачервоних променів, який гії, що надходить на вхід приймача, а, отже, зменэлектрично зв'язаний із блоком керування. шує похибки визначення місцевої вертикалі планеПринцип роботи прототипу заснований на вити в порівнянні з прототипом. користанні двох обертових і перпендикулярно На Фіг.1 показана структурно-кінематична розміщених у площині обрію головок з оптичними схема двокоординатного побудовника місцевої вікнами і дзеркалами. вертикалі планети, а на Фіг.2 зображений контур Цей пристрій дозволяє проводити стабілізацію планети, наприклад, Землі, з відбитими від неї й орієнтацію КА в широких межах змінювання випроменями (а - миттєві відбиті від космосу, В соти польоту, а також визначати поточну висоту миттєві відбиті від краю планети). польоту, однак він має істотні недоліки: Побудовник містить герметичний корпус 1, - достатньо складні оптичну і кінематичну сискругове вхідне оптичне вікно 2, привід сканування теми обертання двох головок, а також потребує 3, привід змінювання кута конуса сканування плапроектування променистої енергії з двох дзеркал нети 4, дзеркало огляду 5, приймальну оптичну на дві оптичні системи; систему 6, яка складається з об'єктива 7, фільтра - чергування оптичного контакту з планетою і інфрачервоних променів 8 і приймача інфрачервонаявність мертвої зони при обертанні головок із них променів 9, блок керування 10, зубчасту передзеркалами веде до зменшення променистої енедачу 11 і штовхальник 12. ргії, що надходить на входи приймачів, а, отже, Привід сканування 3 за допомогою зубчастої збільшує похибку визначення місцевої вертикалі передачі 11 зв'язаний з віссю обертання дзеркала планети; огляду 5, з яким зв'язаний також привід змінюван- має великі габарити і вагу, що не дозволяють ня кута конуса сканування планети 4 за допомогою застосування даного побудовника в мікросупутништовхальника 12. Оптична система 6 встановлена ках. в центрі кругового вхідного оптичного вікна 2, яке В основу винаходу покладена задача удоскоспрямоване убік планети. Вхід блока керування 10 налення побудовника шляхом нового виконання электрично зв'язаний з виходом приймача інфраоптичного і кінематичного зв'язків, що дозволяє червоних променів 9, а виходи блоку керування 10 зменшити похибки визначення місцевої вертикалі электрично зв'язані з приводами 4 і 3. планети. Процес побудови місцевої вертикалі планети Поставлена задача вирішується так, що в двоза допомогою оптико-електронного побудовника координатному побудовникові місцевої вертикалі заснований на принципі виміру кута β між напрямпланети, що містить корпус із круговим вхідним ком на край диска планети (обрію), визначуваний оптичним вікном, у герметично замкнутому об’ємі як границя космос - планета, і осями апарата в якого розміщені блок керування, дзеркало оберрізних точках обрію. Для планети, що має правитання (огляду), привод сканування, вісь обертання льну сферичну форму, напрямок місцевої вертиякого кінематично зв'язана з віссю обертання дзекалі буде бісектрисою кута між двома діаметральркала огляду, приймальна оптична система, оптино протилежними точками візуємого обрію. чна вісь якої збігається з віссю обертання дзеркаЗапропонований побудовник працює в інфрала огляду, що містить установлені співвісно з червоному спектральному діапазоні власного виоптичною віссю об'єктив, фільтр інфрачервоних промінювання планети. У цьому випадку обрій променів і приймач інфрачервоних променів, элеквизначається за градієнтом інтенсивності інфратрично зв’язаний із блоком керування, новим є те, червоного випромінювання, що існує при переході що добудовник споряджений приводом змінюванвід краю диска планети або її атмосфери до косміня кута конуса сканування планети, вісь якого кічного простору. нематично зв'язана з віссю кута нахилу дзеркала У пропонованому побудовникові відхилення огляду відносно осі нормальної до його осі обервертикалі визначається за допомогою дзеркала тання, причому прийомна оптична система розтаогляду 5 і приймача інфрачервоних променів 9, що шована у центрі кругового вхідного оптичного вікфіксують кутове положення обрію як різкий перена, яке спрямовано убік планети. пад енергетичної яскравості (оптичного контрасту) Запропонована конструкція двокоординатного між краєм диска планети і космічним простором, побудовника місцевої вертикалі дозволяє спростищо її оточує. ти стр уктурно-кінематичнусхему побудовника, а У початковий момент стабілізації КА по вертисаме - використовувати тільки один приймач інкалі при обертанні дзеркала огляду 5 за кутом a фрачервоних променів з відповідним зменшенням нахил його за кутом β встановлюється в положен 5 78368 6 ня, при якому на вхід приймача інфрачервоних функціонально зв'язаний зі променевим потоком, променів не попадає промениста енергія, відбита який сприймається побудовником. від краю планети. Далі нахил дзеркала огляду 5 за У процесі стабілізації КА по вертикалі на вхід кутом β зменшується до моменту попадання проприймача інфрачервоних променів 9 потік промеменевої енергії на вхід приймача інфрачервоних невої енергії від видимого краю планети надхопроменів. дить безупинно, і портова чутливість описується При попаданні на вхід приймача 9 потоку прорівнянням меневої-енергії Ф, відбитого від дзеркала огляду 5, 1a Ф(b ) = ò Ф(b, l )d a = Ф 0 на виході виникає електричний сигнал L0 U = ФSU, де Ф0 - порогова чутливість побудовника; де SU - інтегральна чутливість приймача проL - довжина візуємого участка краю обрію; меневої енергії (в/вт). l - відстань від краю планети до КА; З виходу приймача інфрачервоних променів 9 β - кут візування; електричні сигнали u надходять на вхід блока кеa - кут сканування рування 10. На інші входи блока керування 10 Приведене рівняння показує, що запропононадходять сигнали від датчиків (на кресленні не ваний метод візування (при порівнянні з прототипоказано) кутових положень дзеркала огляду 5 при пом) визначає інтегруючі властивості побудовника. скануванні за кутом a і за нахилом β. У прототипі візуємая ділянка обрію така, що зміЯкщо планета, як випромінювач, має стабільні нами інтенсивності випромінювання уздовж обрію характеристики й однакову інтенсивність випромів межах ділянки можна знехтувати і порогова чутнювання за обрієм, то прийнята побудовником ливість буде визначатися рівнянням енергія випромінювання буде функцією тільки куΦ(β,Ι) = Φ 0 тів візування jі, а кут розузгодженості Dj можна Очевидно, що при запропонованому методі вівизначити за формулою зування на вхід приладу буде надходити усередФ(j1 ) - Ф (j 2 ) нений потік радіації, варіації інтенсивності випроФ(Dj ) = 2 , мінювання. Відхилення форми планети і нерівності де Φ(jі) - променеві потоки, що надходять на її рельєфу будуть позначатися на точності побувхід приладу при скануванні дзеркалом огляду 5 дови вертикалі в меншому ступені, ніж при методі обрію; візування за допомогою прототипу, тобто пропонований метод візування забезпечує більш високі j1 ι і j2 - кути візування обрію в площині танточності визначення вертикалі. гажа або крену. Два взаємно протилежні напрямки візування, При досягненні стабілізації КА по крені і тангапри яких прийняті потоки рівні деякому фіксованожу висоту польоту можна одержати, вирішуючи му (пороговому) значенню Ф0, визначають напрярівняння R = (H+R) sin β мок вертикалі як бісектрису кута, утвореного лініяде R - радіус планети; ми візування. Різниця потоків, яка перетворена в електричний сигнал блоком керування 10, подає Η - висота польоту КА. інформацію про величину і напрямок кута розузгодженості Djі. Таким чином, кут розузгодженості 7 Комп’ютерна в ерстка Л. Купенко 78368 8 Підписне Тираж 26 прим. Міністерство осв іт и і науки України Держав ний департамент інтелектуальної в ласності, вул. Урицького, 45, м. Київ , МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислов ої в ласності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601