Розробка GPS-систем керування орієнтацією надмалих космічних апаратів

Розроблено новий принцип побудови системи керування орієнтацією надмалого космічного апарату (НКА), який базується на визначенні просторової орієнтації НКА за інформацією з багатоантенної GPS-системи та подальшому її використання у контурі керування двигуна-маховика (ДМ) – виконуючого елемента системи керування кутовим рухом НКА. Відпрацьовані методи і алгоритми визначення просторової орієнтації НКА, а також методи і алгоритми формування сигналу кутового прискорення, що дозволить значно розширити точносний ресурс ДМ.

Особливістю побудови кутомірної системи на основі сигналів GPS для НКА на відміну від подібної системи для апаратів із значними геометричними розмірами є необхідність забезпечення точності визначення кутової орієнтації за малих відстаней між антенами споживача супутникової інформації. В цьому випадку доводиться розробляти інноваційні рішення для розв’язання поставленої задачі. Запропоновано спосіб визначення кутової орієнтації НКА по сигналах супутникових навігаційних систем (СНС), що ґрунтується на прийманні сигналів від космічних апаратів глобальних навігаційних супутникових систем на декілька рознесених антен приймачів сигналів СНС, вимірюванні фазового зсуву між прийнятими сигналами, визначені значень цілочисленних неоднозначностей, що разом з сучасними методами оброки інформації, дає можливість визначити параметри кутової орієнтації НКА та передати їх для подальшого використання в контур керування кутовою орієнтацією НКА. В НДР промодельовано роботу запропонованої кутомірної системи на основі сигналів GPS для НКА та підтвержено її працездатність.

Точність сучасних ДМ залежить від стабільності моменту опору обертанню. Ресурсні зміни в параметрах моменту опору для підтримання точності системи керування кутовим рухом супутника потребують періодичних тестових маніпуляцій на орбіті для визначення і компенсації параметрів моменту опору. Система керування ДМ з стабілізацією реактивного моменту, в якій кутове прискорення маховика повторює сигнали керування з супутника, дозволяє точне відтворення закону керування в незалежності від часових змін моменту опору в ДМ. Точність керування кутовим рухом НКА визначається в тому числі і точністю виконання закону керування ДМ. В сучасних ДМ магнітно-електричний момент формується з двох частин. Одна – пропорційна сигналу керування, а друга – компенсує всі внутрішні моменти супроводу. Ця складова формується на базі сигналу кутової швидкості, який формується в ДМ дискретно – після повороту на кут дискретизації. Збільшення кута дискретизації, пов’язане з мініатюрністю ДМ, збільшує похибку компенсації моментів опору. Частковий виробіток ресурсу ДМ також впливає на точність компенсації і зменшує точність виконання закону керування ДМ. Підвищення точності виконання закону керування ДМ, на сам перед у часі, завдяки створенню системи стабілізації реактивного моменту, що передбачає формування квазінеперервного сигналу кутового прискорення (СКП) маховика з рівнем високочастотних пульсацій не більше 0,1%. При виконанні НДР розроблено та промодельовано метод формування якісного СКП, алгоритми перетворення інформації та структура системи стабілізації реактивного моменту, що дозволяє забезпечувати високу точність виконання закону керування в умовах зміни моменту опору в ДМ при виробітку ресурсу.