Летные испытания системы ориентации наноспутников компании СПУТНИКС

Язык труда и переводы:
УДК:
629.783
Дата публикации:
05 января 2022, 15:22
Категория:
Секция 05. Прикладная небесная механика и управление движением
Авторы
Болотских Алексей Александрович
ООО «Спутниковые инновационные космические системы»
Иванов Данил Сергеевич
Институт прикладной математики имени М.В. Келдыша РАН
Ткачев Степан Сергеевич
Институт прикладной математики имени М.В. Келдыша РАН
Жарких Роман Николаевич
ООО «Спутниковые инновационные космические системы»
Аннотация:
Рассмотрены результаты летных испытаний системы управления угловым движением аппаратов «CubeSX–HSE» и «CubeSX–Sirius–HSE» формата CubeSat 3U, а также аппарата «ОрбиКрафт–Зоркий» формата CubeSat 6U. Проведена оценка точности работы бортовых алгоритмов определения углового движения на основе расширенного фильтра Калмана с использованием измерений магнитометра, датчика угловой скорости, набора солнечных датчиков, а также миниатюрного звездного датчика. Анализируются результаты алгоритмов управления угловым движением аппаратов.
Ключевые слова:
наноспутник, CubeSat, системы управления, алгоритмы ориентации
Основной текст труда

В рамках работы проводится анализ результатов работы бортовых алгоритмов системы ориентации на основе полученных данных телеметрии с запущенных 22 марта 2021 аппаратов “CubeSX-HSE” и “CubeSX-Sirius-HSE” формата CubeSat 3U, а также аппрата “ОрбиКрафт-Зоркий” формата CubeSat 6U. Аппараты оснащены трехосной маховичной системой управления ориентацией и набором датчиков для определения углового движения. В состав датчиков входят бортовой магнитометр, набор солнечных датчиков, датчик угловой скорости, а на 6U CubeSat установлен также миниатюрный звездных датчик. Бортовой алгоритм оценки углового движения основан на расширенном фильтре Калмана [1, 2], в вектор состояния входит кватернион ориентации аппарата относительно инерциальной системы координат, вектор угловой скорости, а также смещение нуля измерений магнитометра и датчика угловой скорости. Параллельно проводится расчет текущей ориентации с помощью локального алгоритма TRIAD [3]. Текущие оценки углового движения используются для расчета управления для достижения требуемой траектории углового движения. Реализован ряд алгоритмов управления для демпфирования угловой скорости, ориентации солнечными панелями в направлении на Солнце, стабилизации в орбитальной системе координат, а а также для обеспечения съемки заданной точки на поверхности Земли  [4].

В работе проводится анализ данных телеметрии со всех типов датчиков, собранные в процессе проведения сеанса со спутником в режиме стабилизации в орбитальной системе координат. Оценивается точность определения параметров углового движения, полученных с помощью алгоритмов TRIAD и расширенного фильтра Калмана. Оценка точности для алгоритмов на основе измерений магнитометра, солнечного датчика и датчика угловой скорости проводится с использованием измерений звездного датчика и анализа ориентации по изображениям бортовых камер. Сравниваются результаты моделирования работы алгоритмов определения ориентации по полученным входным данным датчиков и результаты работы бортовых алгоритмов по данным, полученных со спутника. Проводится оценка влияния точности определения орбитального положения с помощью двустрочных элементов TLE, смещения нуля магнитометра и датчика угловой скорости на точность определения углового движения. Параллельно происходит настройка параметров шумов модели движения для набора расширенных фильтров Калмана, реализованных в бортовом программном обеспечении: фильтр «BWS», использующий измерения магнитометра, солнечного датчика и датчика угловой скорости с возможностью отключения солнечного датчика; фильтр «WQ», использующий измерения со звездного датчика и датчика угловой скорости; фильтр «Q», использующий данные только звездного датчика. Экспериментально проводится исследование зависимости точности оценок вектора состояния фильтра «BWS» от угла между направлением на Солнце и направлением локального геомагнитного поля Земли.

Представлены результаты работы алгоритма слежения за точкой на поверхности Земли, обеспечивающий требуемую для съемки ориентацию оптической оси бортовой камеры дистанционного зондирования. Алгоритм предусматривает возможность выбора свободного угла относительно направления на наблюдаемую точку. В работе анализируются результаты математического моделирования и результаты летных испытаний данного алгоритма.

Литература
  1. Ivanov D., Ovchinnikov M.Yu., Ivlev N., Karpenko S. Analytical study of microsatellite attitude determination algorithms // Acta Astronautica. 2015. Vol. 116. Pp. 339–348. DOI: 10.1016/j.actaastro.2015.07.001
  2. Kalman R.E., Bucy R.S. New Results in Linear Filtering and Prediction Theory // Trans. ASME, Ser. D, J. Basic Eng. 1961. Vol. 83. Pp. 95–108. DOI: 10.1115/1.3658902
  3. Ovchinnikov M.Y., Ivanov D., Ivlev N., Karpenko S. Development, integrated investigation, laboratory and in-flight testing of Chibis-M microsatellite ADCS // Acta Astronautica. 2014. Vol. 93. Pp. 23–33. DOI: 10.1016/j.actaastro.2013.06.030
  4. Mashtakov Y.V., Ovchinnikov M.Y., Tkachev S.S. Study of the disturbances effect on small satellite route tracking accuracy // Acta Astronautica. 2016. Vol. 129. Pp. 22–31. DOI: 10.1016/j.actaastro.2016.08.028
Ваш браузер устарел и не обеспечивает полноценную и безопасную работу с сайтом.
Установите актуальную версию вашего браузера или одну из современных альтернатив.