Уніфікована космічна платформа

Уніфікована космічна платформа, стабілізована в орбітальній системі координат, що містить C2 2 91982 1 3 невисока точність орієнтації приладів корисного навантаження відносно ОСК, яка обумовлена застосуванням у складі платформи гравітаційної системи орієнтації; неможливість підтримки заданих параметрів орбіти протягом усього терміну активного існування супутника із - за відсутності у складі платформи супутників коригуючої рухової установки (КРУ); обмежені можливості використання платформи супутників на сонячно-синхронних орбітах з нахиленням ~98°. Зазначені недоліки частково усунуті на КА TopSat, приведеному в Internet: www.surrev. ac.uk/EE/CSER: Steve Cawley "TopSat: lowcost high-resolution imadgery from space", Space Department, QinetiQ Ltd, Farnborough, Hampshire GU14OLX, UK; а також Paul Brooks "TopSat highresolution imaginq from a small satellite", Space Department, A8 Building, DERA Farnboroungh, UK. KA TopSat, що містить платформу і камеру високої роздільної здатності як корисне навантаження, стабілізований в ОСК на сонячно-синхронній орбіті з нахиленням ~98° при місцевому часі проходження низхідного вузла орбіти, що дорівнює 10 годинам 30 хвилинам. Платформа КА містить негерметичний корпус, утворений скріпленими між собою панелями у вигляді чотиригранної усіченої піраміди. Малою основою піраміди є панель стикувальна, зовні якої розташований пристрій кріплення КА до РН. Великою основою піраміди є панель, зовні якої прикріплена камера високої роздільної здатності. Гранями піраміди є панель приладова і три панелі СБ, скріплені нерухомо. Прилади активної системи орієнтації встановлені на зовнішній і на внутрішній поверхнях панелі стикувальної, а також встановлені поруч з антенами зв'язкової системи на панелі приладовій, зверненої в процесі польоту КА до Землі, при горизонтальному розташуванні подовжньої осі його корпуса. Основними недоліками платформи КА TopSat є: неможливість підтримки заданих параметрів орбіти протягом усього терміну активного існування супутника із-за відсутності у складі платформи КА коригуючої рухової установки (КРУ); обмежені можливості використання платформи КА на сонячно-синхронних орбітах з нахиленням 50°-85°. Зазначені недоліки частково усунуті на платформі супутника UoSAT-12, приведеному в Internet: m.sweeting@ee.surrey.ac.uk WWW:http://www.sstl.co.uk "SSTL Small Satellites: Minisatellite Platform", Surrey Space Centre, University of Surrey, Guildford, Surrey GU2 7XH, United Kingdom, а також M.N.Sweeting "Micro-mininano-satellite for affordable access to space", Univercity of Surrey, Guildford, Великобританія. Платформа супутника UoSAT-12, стабілізованого в ОСК на орбітах загального положення з нахиленням 50°-85°, є найбільш близькою до пропонованої платформи по технічній сутності й обрана як прототип. Платформа містить негерметичний корпус, утворений скріпленими між собою торцевою панеллю стикувальною, торцевою панеллю корисно 91982 4 го навантаження, панеллю внутрішньою і панелями бічними у вигляді восьмигранної призми. Платформа має активну систему орієнтації. Для підтримки заданих параметрів орбіти супутника протягом усього терміну активного існування платформа містить КРУ. Зовні торцевої панелі стикувальної розташований пристрій стикування супутника до РН, а також прилади системи орієнтації і двигуни КРУ. На внутрішній поверхні панелі стикувальної встановлені баки з робочим тілом і інші елементи КРУ. Зовні панелі корисного навантаження встановлені прилади корисного навантаження й антени зв'язкової апаратури. Модулі забезпечувальної апаратури установлені на панелі внутрішній корпуса. У процесі стабілізованого польоту супутника корпус платформи розташований подовжньою віссю вертикально, а торцевою панеллю корисного навантаження звернений до Землі. Платформа містить неорієнтовану СБ, вісім панелей якої в транспортному положенні розташовані уздовж бічних панелей корпуса фотоперетворювачами назовні. Панелі СБ прикріплені до панелі стикувальної за допомогою поворотних механізмів, що розвертають і фіксують панелі в робочому положенні у вигляді усіченої восьмигранної піраміди, великою основою зверненої до Землі, що забезпечує максимальне інтегральне струмознімання зі СБ при польоті супутника на орбіті загального положення. Основним недоліком прототипу є невисока точність орієнтації приладів корисного навантаження відносно ОСК, обумовлена похибками взаємного кутового положення приладів корисного навантаження і приладів активної системи орієнтації (що забезпечують орієнтацію супутника відносно ОСК), розміщених на різних конструктивних елементах корпуса, від впливу перевантажень у процесі транспортування супутника від заводу-виробника до космодрому, виведення супутника на орбіту в складі РН, а також від впливу невагомості і температурних деформацій корпуса в процесі орбітального польоту супутника. Недоліком платформи є також обмежена функціональна можливість по розміщенню приладів корисного навантаження, у зв'язку з розташуванням на одній торцевій панелі приладів корисного навантаження разом з антенами зв'язкової апаратури. До недоліків платформи можна віднести неефективне розташування на платформі двигуна КРУ, що вимагає витрат енергоресурсів при переорієнтації супутника з метою установки двигуна КРУ по вектору швидкості (або в протилежному напрямку) для підтримки заданих параметрів орбіти. Крім того, недоліком платформи є складність конструкції її корпуса і завищена її маса, яка обумовлена виконанням корпуса у вигляді восьмигранної призми. І нарешті, недоліком платформи є обмежені можливості використання платформи на сонячносинхронних орбітах з нахиленням ~98°. Основними істотними ознаками прототипу є: платформа забезпечує стабілізацію супутника в ОСК; 5 платформа містить негерметичний корпус, утворений скріпленими між собою панелями; зовні й усередині корпуса платформи встановлені прилади корисного навантаження, прилади активної системи орієнтації, КРУ, неорієнтована СБ із поворотними механізмами й інші прилади забезпечувальної апаратури. Задачею винаходу є зменшення маси платформи, підвищення точності орієнтації приладів корисного навантаження відносно ОСК, забезпечення максимальної ефективності неорієнтованої СБ, розширення функціональних можливостей платформи КА і спрощення технології виготовлення КА, що запускаються на орбіти загального положення і на сонячно-синхронні орбіти шляхом уведення наступних нових істотних відмітних ознак: негерметичний корпус платформи КА виконаний з постійної і перемінної частин і утворений скріпленими між собою панелями у вигляді чотиригранної призми; постійна частина корпуса платформи містить торцеву панель стикувальну, на якій зовні встановлені пристрої стикування з РН, а усередині - прилади забезпечувальної апаратури, панель внутрішню, на якій установлена КРУ, і панелі бічні , уздовж яких розміщені чотири панелі СБ із поворотними механізмами; КРУ встановлена на панелі внутрішній корпуса платформи в районі центра мас КА; двигуни "розгону" і "гальмування" КРУ встановлені на протилежних ребрах корпуса платформи і розташовані по осі, що перпендикулярна подовжній осі корпуса і проходять через центр мас КА; панелі неорієнтованої СБ із поворотними механізмами в транспортному положенні розташовані уздовж панелей бічних корпуса платформи фотоперетворювачами назовні з можливістю повороту, а в робочому положенні - під заданими кутами відносно ОСК; поворотні механізми панелей СБ, прикріплені до панелі стикувальної корпуса платформи, виконані уніфікованими, що забезпечують розгортання панелей СБ щодо транспортного положення навколо осі, паралельної площини панелі і перпендикулярної подовжньої осі корпуса, і їхню фіксацію в цьому положенні; перемінна частина корпуса платформи містить торцеву панель корисного навантаження, на зовнішній поверхні якої встановлені прилади корисного навантаження й антени зв'язкової апаратури, а на внутрішній поверхні - прилади активної системи орієнтації. Зменшення маси КА забезпечується: за рахунок зменшення кількості бічних панелей і елементів їхнього кріплення при виконанні корпуса платформи у вигляді чотиригранної призми; розташуванням КРУ і її двигунів на панелі внутрішній корпуса платформи в районі центра мас КА для проведення корекції орбіти без застосування засобів переорієнтації КА і зменшення витрат енергоресурсів на урівноваження збурювальних дій на КА при зміщенні його центра мас у міру витрати робочого тіла КРУ; 91982 6 за рахунок зменшення кількості каркасів панелей СБ; за рахунок зменшення кількості поворотних механізмів СБ. Підвищення точності орієнтації приладів корисного навантаження відносно ОСК забезпечується встановленням і з’юстуванням приладів корисного навантаження і приладів системи орієнтації на єдиному конструктивному елементі корпуса - панелі корисного навантаження, що дозволяє зменшити похибки взаємного кутового положення приладів від впливу перевантажень, невагомості і перепадів температури по конструкції корпуса платформи. Максимальна ефективність неорієнтованої СБ (відношення інтегрального струмознімання зі СБ на витку до повної її площі) платформи КА, стабілізованого в ОСК забезпечується: на орбіті загального положення з нахиленням ~50° поворотом відносно транспортного положення і фіксацією всіх панелей СБ під кутом 45° до подовжньої осі корпуса платформи ; на орбіті загального положення з нахиленням ~83° поворотом відносно транспортного положення і фіксацією всіх панелей СБ під кутом 30° до подовжньої осі корпуса платформи; на сонячно - синхронній орбіті з нахиленням ~98° при місцевому часі проходження спадного вузла, що дорівнює 12 годинам, поворотом відносно транспортного положення і фіксацією всіх панелей СБ під кутом 90° до подовжньої осі корпуса платформи; на сонячно-синхронній орбіті з нахиленням ~98° при місцевому часі проходження спадного вузла, що дорівнює 10 годинам 30 хвилинам, розворотом відповідно транспортного положення і фіксацією двох ближніх до Сонця панелей СБ під кутом 40°, а двох далеких - під кутом 140° до подовжньої осі корпуса платформи; на сонячно-синхронній орбіті з нахиленням ~98° при місцевому часі проходження спадного вузла, що дорівнює 6 годинам, поворотом відносно транспортного положення і фіксацією двох далеких від Сонця панелей СБ під кутом 180°, причому дві ближні панелі СБ залишаються в транспортному положенні під кутом 0° до подовжньої осі корпуса платформи. Розширення функціональних можливостей платформи КА забезпечується: шляхом можливого збільшення розмірів панелі корисного навантаження (перемінної частини), у залежності від конкретної комплектації приладів корисного навантаження, у межах зони корисного вантажу під обтічником РН; виконанням поворотного механізму уніфікованим, що забезпечує розгортання і фіксацію панелей СБ у робочому положенні під кутами 30°, 40°, 45°, 90°, 140°, 180° на орбітах загального положення і на сонячно-синхронних орбітах. Спрощення технології виготовлення КА забезпечується: виготовленням панелі корисного навантаження (перемінної частини корпуса) з розмірами і місцями кріплення, що відповідають конкретної ком 7 плектації приладів корисного навантаження й антенам зв'язкової апаратури; установкою приладів корисного навантаження, приладів системи орієнтації, антен зв'язкової апаратури на панелі корисного навантаження (перемінної частини корпуса платформи) окремо від інших елементів корпуса і проведенням високоточного їх з’юстування на юстувальному стенді в умовах вільного доступу до приладів з наступною установкою на КА. Сукупність нових істотних відмітних ознак і відомих відмітних ознак забезпечує рішення поставленої задачі. Сутність пропонованого технічного рішення пояснюється кресленнями. На Фіг.1 зображений загальний вид платформи з приладами корисного навантаження в робочому положенні. На Фіг.2 зображений вид А платформи з приладами корисного навантаження в робочому положенні. На Фіг.3 зображений вид Б платформи з приладами корисного навантаження в робочому положенні. На Фіг.4 зображений поперечний розріз В-В платформи. На Фіг.5 зображений поперечний розріз Г-Г платформи. На Фіг.6 зображений поперечний розріз Д-Д платформи. На Фіг.7 зображена платформа з приладами корисного навантаження КА в транспортному положенні. На Фіг.1, 2 і 3 зображений загальний вид, види А и Б платформи з приладами корисного навантаження в робочому положенні на сонячносинхронній орбіті з нахиленням ~98°, при місцевому часі проходження спадного вузла, що дорівнюють 12 годинам. Негерметичний корпус платформи складається з постійної і перемінної частин. Постійна частина корпуса платформи містить торцеву панель стикувальну 1, панель внутрішню 2 і панелі бічні 3. Перемінна частина корпуса платформи містить торцеву панель корисного навантаження 4. Зовні панелі стикувальної 1 розташовані пристрої стикування 5 із РН, антена навігаційної апаратури 6, а усередині - бортовий комп'ютер 7 і інші прилади забезпечувальної апаратури. На панелі внутрішньої 2, розташованій в районі центра мас КА, установлені баки 8 з робочим тілом і інші блоки КРУ. Двигуни "розгону" 9 і "гальмування" 10 КРУ встановлені на протилежних ребрах корпуса і розташовані по осі, що перпендикулярна подовжньої осі корпуса і проходить через центр мас КА. Чотири панелі СБ 11 за допомогою уніфікованих поворотних механізмів 12 прикріплені до панелі стикувальної 1. Поворотні механізми розгортають панелі СБ у робоче положення відносно осі, паралельній площини панелі і перпендикулярній подовжній осі корпуса. На зовнішній поверхні торцевої панелі корисного навантаження 4, зверненої в процесі польоту КА до Землі, установлені прилади корисного нава 91982 8 нтаження 13 і антени зв'язкової апаратури 14 і 15, а на внутрішній поверхні торцевої панелі корисного навантаження 4 - двигуни-маховики 16 і інші прилади активної системи орієнтації. На Фіг.4 у розрізі В-В зображене розміщення приладів системи орієнтації на панелі корисного навантаження 4. Усередині корпуса платформи закріплені зоряний датчик 20, бленда якого проходить в отвір панелі бічний 3, двигуни - маховики 16, вимірники кутової швидкості 17, магнітометр 18 і магнітні виконавчі органи 19 системи орієнтації. На Фіг.5 у розрізі Г-Г усередині корпуса платформи зображене розміщення блоків КРУ на панелі внутрішній 2, на якій установлені баки 8 з робочим тілом, елементи автоматики 21 і блок керування 22. На Фіг.6 у розрізі Д-Д зображене розміщення приладів усередині корпуса платформи на панелі стикувальної 1, на якій установлена хімічна батарея 23 і прилад автоматики 24 системи електропостачання, електронні блоки зв'язкової системи 25 і 26, електронний блок навігаційної апаратури 27, а також бортовий комп'ютер 7. На Фіг.7 зображений загальний вид КА в транспортному положенні. У транспортному положенні КА панелі СБ 11 розташовані уздовж панелей бічних 3 корпуса платформи і прикріплені з однієї сторони за допомогою поворотних механізмів 12 до панелі стикувальної 1, а з іншого боку - до панелі бічний 3 у районі панелі корисного навантаження 4 за допомогою пірочек 28. При цьому двигуни 9 і 10 КРУ, установлені на бічних ребрах корпуса, розташовані між панелями СБ 11. Після виведення КА на орбіту і відділення від РН КА орієнтується в ОСК. По команді від системи керування спрацьовують пірочеки 28, панелі СБ 11 розчековуються і під дією поворотних механізмів 12 розгортаються з транспортного положення в робоче положення і фіксуються в цьому положенні під заданими для конкретної орбіти кутами відносно ОСК для забезпечення максимальної ефективності СБ. Робота пропонованого КА забезпечується конструкцією платформи, яка виконана уніфікованою, що дозволяє: встановлювати та виводити на орбіти загального положення і на сонячно-синхронні орбіти апаратуру корисного навантаження різних комплектацій; розчековувати і розгортати панелі СБ із транспортного положення в робоче і фіксувати їх у цьому положенні; забезпечувати стабільність високоточного з’юстування приладів корисного навантаження і приладів системи орієнтації, встановлених на панелі корисного навантаження, в умовах протидії перевантаженням при транспортуванні і виведенні на орбіту, а також в умовах протидії невагомості і температурних деформацій у процесі орбітального польоту КА. Загальні види КА в робочому положенні на орбітах загального положення і на сонячносинхронних орбітах приведені на Фіг.8, 9, 10, 11 і 12. 9 На Фіг.8 приведений КА, що стабілізований в ОСК на орбіті загального положення з нахиленням ~50°. На Фіг.9 приведений КА, що стабілізований в ОСК на орбіті загального положення з нахиленням ~83°. На Фіг.10 приведений КА, що стабілізований в ОСК на сонячно-синхронній орбіті з нахиленням ~98° при місцевому часі проходження спадного вузла рівного 12 годинам; На Фіг.11 приведений .КА, що стабілізований в ОСК на сонячно-синхронній орбіті з нахиленням ~98° при місцевому часі проходження спадного вузла рівного 10 годинам 30 хвилинам; На Фіг.12 приведений КА, що стабілізований в ОСК на сонячно-синхронній орбіті з нахиленням ~98° при місцевому часі проходження спадного вузла, що дорівнює 6 годинам. Таким чином, використання пропонованого технічного рішення дозволить: зменшити масу платформи за рахунок зменшення кількості бічних панелей корпуса, панелей СБ і поворотних механізмів платформи; 91982 10 підвищити точність орієнтації приладів корисного навантаження відносно ОСК шляхом установки їх разом із приладами системи орієнтації на панелі корисного навантаження; забезпечити максимальну ефективність неорієнтованої СБ установкою її панелей під заданими кутами відносно ОСК; розширити функціональні можливості платформи КА за рахунок можливого збільшення розмірів панелі корисного навантаження (перемінної частини корпуса); спростити технологію виготовлення КА проведенням високоточного з’юстування приладів корисного навантаження і приладів системи орієнтації, встановлених на панелі корисного навантаження, окремо від КА на юстувальному стенді в умовах вільного доступу до приладів. Додатково пропоноване технічне рішення дозволить істотно знизити витрати і скоротити терміни створення КА за рахунок організації серійного виробництва платформ. 11 91982 12 13 91982 14 15 Комп’ютерна верстка Л. Ціхановська 91982 16 Підписне Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601