Спосіб установлення зв’язку низькоорбітального космічного апарата з морським пунктом керування

Реферат: Спосіб установлення зв'язку низькоорбітального космічного апарата (КА) з морським пунктом керування полягає в тому, що за поточними даними про рух низькоорбітального КА, які формуються автономною системою навігації (АСН), та просторовими (координатними) даними місцезнаходження морського пункту керування (МПК), заздалегідь записаними в бортовий запам'ятовуючий пристрій, системою керування антенними системами обраховують кути напряму на МПК та здійснюють наведення антенних систем КА на МПК. При цьому використовують поточні параметри руху КА, які формують автономною системою навігації, та просторові (координатні) дані місцезнаходження морського пункту керування. UA 72415 U (12) UA 72415 U UA 72415 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Корисна модель належить до галузі систем керування, зокрема до радіотехнічних методів керування бортовою апаратурою космічних апаратів (КА), і може бути використана в системах керування антенними системами вітчизняних космічних апаратів, які знаходяться на низьких орбітах. Відомий спосіб установлення зв'язку низькоорбітальних космічних апаратів з супутникомретранслятором чи наземним пунктом керування - програмний, коли параметри руху КА апріорно відомі. Це дозволяє завчасно обрахувати траєкторію руху КА, спрогнозувати закон зміни кутових координат за часом та записати їх в бортовий запам'ятовуючий пристрій, керуючі сигнали якого відпрацьовуються антенними системами для їх наведення на об'єкт в потрібний час на основі апріорних даних про рух КА [1, 2, 4]. Недоліком відомого способу є низька точність прогнозування та визначення місцезнаходження КА, особливо в умовах однопунктної технології, що приводить до додаткового використання енергетичного, інформаційного та технічного ресурсу, а також до необхідності періодично записувати в бортовий запам'ятовуючий пристрій керуючі сигнали для наведення антенних систем, що збільшує обсяг інформації в напрямку "Земля-борт"[3, 5]. Відомий також спосіб, при якому на низькоорбітальних космічних апаратах встановлюють нерухомі антенні системи без систем їх керування [1, 2]. Недоліками даного способу є досить широка діаграма спрямованості бортових антенних пристроїв, що значно погіршує енергетичний потенціал радіолінії та потребує значного підвищення потужності передаючих пристроїв. Найбільш близьким до пропонованого технічним рішенням, вибраним як прототип, є програмний спосіб установлення зв'язку з наземним пунктом керування В основу корисної моделі поставлено задачу створити спосіб установлення зв'язку з морським пунктом керування, який шляхом завчасного введення в пристрій наведення антенних систем низькоорбітальних КА просторових (координатних) складових морського пункту керування та поточних параметрів руху КА, сформованих автономною системою навігації, дати можливість забезпечити установлення надійного зв'язку КА в напрямку "Земля-борт" та "бортЗемля". Для рішення поставленої задачі у способі установлення зв'язку низькоорбітального КА з морським пунктом керування, який полягає в тому, що за поточними даними про рух низькоорбітального КА, які формуються автономною системою навігації (АСН), та просторовими (координатними) даними місцезнаходження морського пункту керування (МПК), заздалегідь записаними в бортовий запам'ятовуючий пристрій, система керування антенними системами обраховує кути напряму на МПК та здійснює наведення антенних систем КА на МПК, відповідно до корисно моделі використовують поточні параметри руху КА, які формують автономною системою навігації та просторові (координатні) дані місцезнаходження морського пункту керування. Суть запропонованої корисної моделі полягає у наступному: зараз в закордонній та вітчизняній практиці побудови бортового обладнання КА широке застосування находять автономні системи навігації (АСН), які використовують сигнали глобальних космічних навігаційних систем "Глонасс" та GPS. При цьому перевагу мають ті, які використовують сигнали обох систем: при зникненні сигналів будь-якої навігаційної системи або неможливості її використання вони автоматично продовжують роботу по іншій космічній навігаційній системі [6]. Вихідною інформацією АСН є: - поточні координати КА (в Гринвіцькій системі координат) х і, yi, zі, - складові вектора швидкості Vxі, Vуі, Vzі - поточні значення часу (UTC). В той-же час для встановлення зв'язку та керування низькоорбітальними космічними апаратами, поряд з наземними стаціонарними, широке використання знаходять пересувні пункти керування, розміщені на авіаційному, морському та сухопутному транспорті [1, 2, 5]. За поточними даними АСН та просторовими (координатними) даними морського пункту керування, заздалегідь переданими на борт КА, бортовим обчислювальним пристроєм проводиться розрахунок кутів напряму на морський пункт керування, особливістю якого є те, що його координати в Гринвіцькій системі координат є практично незмінними з плином часу. Ефективність вибраної системи координат повинна бути направлена на досягнення максимальної швидкодії при рішенні задачі бортовою ЕОМ з необхідною точністю. Враховуючи те, що автономною системою навігації поточні координати КА формуються в Гринвіцькій системі координат, всі розрахунки необхідно провести для орбітальної системи координат. 1 UA 72415 U Нехай координати морського пункту керування (або іншого відносно нерухомого приймального пристрою) х0, у0, z0. Тоді відстань між ним та низькоорбітальним космічним апаратом (КА) буде: Ri  5 10 x0  xi 2  y0  yi 2  z0  zi 2 . Проводиться розрахунок координат морського пункту керування в орбітальній системі координат (ОСК), яка вводиться наступним чином: початок системи відліку співпадає з центром мас КА, вісь ОХ направлена по радіусу-вектору супутника (проведеному із центра Землі), вісь OY паралельна трансверсальній складовій швидкості, вісь OZ доповнює систему до правої. Для визначення складових в ОСК необхідно послідовно виконати повороти на кути Ω (пряме сходження висхідного вузла орбіти), І (нахилення орбіти), U (аргумент широти супутника). Для подальших розрахунків складові швидкості в ОСК не використовуються. Координатні складові  T вектора 0 =(X0,Y0,Z0,Vx0, Vy0, Vz0) в ОСК визначаються наступним чином [7]: 0   a     Y0      Ya  Z0   Za     a    Ya ,  Z a   де: М - матриця переходу, яка розраховується за формулою: 15 20 cos u sin   cos i sin u cos  sin u sin i  cos u cos   cos i sin u sin       sin u cos   cos i cos u sin   sin u sin   cos i cos u cos  sin i cos u   sin i sin   sin i cos  cos i    Далі проводиться розрахунок параметрів наведення антени на морський пункт керування (чи іншу пересувну прийомну станцію). Азимут відраховується в площині YOZ орбітальної системи координат від позитивного напрямку осі OY та змінюється від 0 до 360 градусів:   Z 0   arctg    Y  при 0  0, 0  0 0      Z 0     arctg   Y   180 при 0  0 0      Z 0   arctg   Y   360 при 0  0, 0  0  0    . Кут місця відраховується від площини ΥΟΖ (позитивним вважається відлік кута в бік позитивного напрямку осі ОХ):  0    arctg 2 2  0  0  25 30 35 40     . При наведенні антени ΚΑ на морський пункт керування кут γ завжди буде позитивним. Реалізація запропонованої корисної моделі дозволяє забезпечити установлення надійного зв'язку космічним апаратом з морським пунктом керування в заданому взаємною зоною радіоогляду просторі з більшою, ніж у відомому способі керування точністю при спрощенні процедури технічної реалізації та приблизно в двічі скоротити обсяг інформації, що передається на борт КА. Алгоритм роботи бортової системи керування антенними системами КА для запропонованого способу представлений на кресленні. Перелік посилань 1. Космические радиотехнические комплексы / Под общ. редакцией Г.В. Стогова - Μ.: МО СССР, 1986-626 с. 2. Застосування космічних систем для забезпечення дій збройних сил. Навчальний посібник / за ред. B.I. Ткаченка - X.: ХВУ, 2001-192 с. 3. Глазов Б.И. Автоматизация управления средствами и частями полигонных и космических комплексов - М.: МО СССР, 1988-326 с. 4. Організація системи керування космічними засобами в умовах однопунктної технології / СТ. Черепков, B.I. Богомья, О.М.Загорулько, С.Д.Ставицький: Навчальний посібник. - К.: НАОУ, 2005.-57 с. 5. Загорулько А.Н. Особенности программных способов управления космическими аппаратами при однопунктной технологии. // Моделювання та інформаційні технології: Збірник, 2 UA 72415 U 5 наукових, праць. - X.: НАНУ, Інститут проблем моделювання в енергетиці імені Г.Є. Пухова.2005. - Вип. 32. - С. 80-87. 6. Ефимов С.К., Нестерович А.Г., Яковченко А.И. Апаратура спутниковой навигации КА "СічIM" и "Микроспутник./УКосмічна наука і технологія.-200l. - T.7, № 4. - C. 114-116. 7. Охоцимский Д.С, Сіхарулідзе Ю.Г. Основи механіки космічного польоту. - М.: Наука, 1990. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 10 15 Спосіб установлення зв'язку низькоорбітального космічного апарата (КА) з морським пунктом керування, який полягає в тому, що за поточними даними про рух низькоорбітального КА, які формуються автономною системою навігації (АСН), та просторовими (координатними) даними місцезнаходження морського пункту керування (МПК), заздалегідь записаними в бортовий запам'ятовуючий пристрій, системою керування антенними системами обраховують кути напряму на МПК та здійснюють наведення антенних систем КА на МПК, який відрізняється тим, що використовують поточні параметри руху КА, які формують автономною системою навігації, та просторові (координатні) дані місцезнаходження морського пункту керування. Комп’ютерна верстка Г. Паяльніков Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3