Принципы построения и области применения малых космических аппаратов на базе унифицированных космических платформ

Язык труда и переводы:
УДК:
629.7
Дата публикации:
22 января 2022, 19:54
Категория:
Секция 02. Летательные аппараты. Проектирование и конструкция
Авторы
Тузиков Сергей Анатольевич
Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет)
Юн Сон Ук
Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет)
Кульков Владимир Михайлович
Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет)
Егоров Юрий Григорьевич
Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет)
Фирсюк Сергей Олегович
Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет)
Аннотация:
Проанализированы варианты построения малоразмерных космических аппаратов (МКА) на базе унифицированной космической платформы (УКП), исследуются области рационального применения УКП в составе МКА для решения широкого спектра задач, включая мониторинг арктических регионов. Приведены методические подходы обеспечения проектного анализа схемных решений УКП для МКА дистанционного зондирования Земли (ДЗЗ). Исследована актуальная проблема выбора типоразмера УКП, оценки эффективности ее использования с учетом необходимой ее модернизации под конкретную полезную нагрузку. Актуальность исследований связана с необходимостью создания конкурентоспособных вариантов МКА на базе унифицированной космической платформы, предназначенных для обеспечения мониторинга высокоширотных регионов с использованием системы МКА ДЗЗ.
Ключевые слова:
проектный анализ, космический аппарат, унифицированная космическая платформа, малый космический аппарат, дистанционное зондирование Земли, проектный облик малого космического аппарата
Основной текст труда

В связи с разнообразием задач применения малых космических аппаратов (МКА) — с одной стороны и широким диапазоном аппаратов данного класса, различающихся по массе, мощности и размерам — с другой стороны, актуальным является создание семейства малых унифицированных космических платформ (УКП) на базе современных микроспутниковых технологий.

УКП являются базовыми модулями космических аппаратов, создаваемыми с использованием принципов глубокой унификации бортовых систем на базе современных технических и конструкторско-технологических решений. Использование УКП способствует сокращению номенклатуры разрабатываемых МКА и их бортовых систем, снижению стоимости создания и эксплуатации МКА на их основе, сокращению сроков их разработки. В настоящее время имеется целый ряд космических платформ, удовлетворяющих требованиям различных целевых нагрузок по массогабаритным характеристикам, энергоресурсу, условиям космической эксплуатации, надежности и стоимости [1].

Актуальность исследований, проводимых в рамках проекта, связана с необходимостью создания конкурентоспособных вариантов МКА на базе УКП, предназначенных для обеспечения мониторинга арктических регионов с использованием системы МКА дистанционного зондирования Земли (ДЗЗ), и разработки технологии управления ими на различных этапах орбитального функционирования.

Основной конструктивной особенностью УКП является модульность, которая обеспечивает высокую технологичность сборки и испытаний космических аппаратов, создаваемых на базе УКП.

Использование УКП имеет ряд существенных преимуществ по сравнению с индивидуально разработанными аппаратами:

  • сокращение затрат на проектирование в связи с серийностью производства и возможностью распределения стоимости проектирования платформы между всеми спутниками серии;
  • увеличение надежности спутников из-за многократной отработки их систем;
  • уменьшение времени производства спутника, кроме того производители УКП гарантируют сроки изготовления.

В проектировании МКА ДЗЗ сочетаются следующие принципы построения УКП:

  • применение с минимальными изменениями надежной и хорошо отработанной конструкции и служебных систем;
  • широкие возможности варьирования состава, массогабаритных характеристик и энергопотребления целевых приборов;
  • выделение значительного ресурса по решению дополнительных научных и коммерческих задач;
  • учёт общероссийских и мировых тенденций проектирования КА и внедрение новых достижений в области создания конструкционных материалов, датчиков, технологий, компьютерной техники, программного обеспечения и т. д.;
  • отработка в космосе (при очередных запусках КА ДЗЗ) перспективных усовершенствований внутренних блоков и элементов систем космической платформы при сохранении её принципиального состава.

Одним из направлений разработки параметрического ряда УКП для всего спектра задач целевого применения является формирование проектных методов построения малых космических платформ с электроракетной двигательной установкой [2]. Линейка типоразмеров УКП строится на базовых прототипах — УКП для МКА ДЗЗ, связи, отработки космических технологий, проведения научных и прикладных исследований в космическом пространстве [3].

Современная унификация оборудования УКП позволяет создавать на базе одной платформы целый спектр МКА различного назначения [4]. Единый бортовой комплекс, функционально объединяющий в своем составе все бортовые системы, легко адаптируется к требованиям полезной (целевой) нагрузки, устанавливаемой на конкретный МКА. Возникает актуальная проблема выбора типоразмера УКП, оценки эффективности ее использования с учетом необходимой ее модернизации под конкретную полезную нагрузку.

Использование современных технологий при реализации элементов бортовой специальной и обеспечивающей аппаратуры МКА и их унификация позволяют в несколько раз сократить сроки разработки и снизить финансовые расходы на реализацию космических проектов.

К таким проектам следует отнести задачу по мониторингу и прогнозу ледовой обстановки в арктических районах с помощью МКА на базе УКП. МКА, оборудованные малогабаритными системами для мониторинга поверхности Земли, могут быть эффективным и конкурентоспособным средством ДЗЗ для широкого круга потребителей космической информации.

Актуальной проблемой является разработка предпочтительных вариантов построения МКА на базе УКП, а также методического обеспечения проектного анализа схемных решений реализации функционирования МКА ДЗЗ и методов применения технологии управления для широкого спектра орбитальных операций для решения совокупности природохозяйственных задач ДЗЗ в высокоширотных районах Земли (в интересах ледовой разведки и для океанографических и океанологических исследований, высокооперативного мониторинга ледовой обстановки и др.).

Литература
  1. Блинов В.Н., Иванов Н.Н., Сеченов Ю.Н., Шалай В.В. Малые космические аппараты. Кн. 3. Миниспутники. Унифицированные космические платформы для малых космических аппаратов: справ. пособие. Омск: Изд-во ОмГТУ, 2010. 348 с.
  2. Кульков В.М. Исследование проектных параметров и анализ эффективности применения унифицированных платформ с электроракетными двигателями в составе малых космических аппаратов // Вестник Московского авиационного института. 2012. Т. 19, № 2. С. 18–28.
  3. Кульков В.М. Построение комплекса проектных моделей для параметрического анализа малых космических аппаратов с электроракетными двигателями // Вестник Московского авиационного института. 2012. Т. 19, № 4. С. 44–55.
  4. Кульков В.М., Шаханов А.Е., Егоров Ю.Г., Крайнов А.М., Ельников Р.В. К вопросу проектирования малых космических аппаратов с электроракетной двигательной установкой для исследования малых тел Солнечной системы // Вестник НПО им. С.А. Лавочкина. 2015. № 1 (27). С. 48–54.
Ваш браузер устарел и не обеспечивает полноценную и безопасную работу с сайтом.
Установите актуальную версию вашего браузера или одну из современных альтернатив.