Платформа малых космических аппаратов для серийного производства «Паллада-моноблок»

Язык труда и переводы:
УДК:
629.783
Дата публикации:
21 января 2022, 02:07
Категория:
Секция 02. Летательные аппараты. Проектирование и конструкция
Авторы
Аннотация:
Доклад посвящен описанию характеристик, подходов и принципов разработки, производства и испытаний унифицированной платформы для малых космических аппаратов, предназначенной для серийного производства. Решаемый платформой круг задач для орбит высотой 500...700 км: обзорное оптико-электронное наблюдение; радиолокационное наблюдение Земли; оперативная передача данных. Масса платформы составляет не более 200 кг. Основные драйверы проектирования: использование существующего технологического задела компании «СПУТНИКС»; быстрая разработка прототипа, с целью приступить к серийной сборке к 2025 г.; адаптация производства партнерской организации под серийное производство до 1 платформы в день; снижение себестоимости платформы в серии до величины порядка 100 млн руб.
Ключевые слова:
микроспутник, серийное производство, Phyla, дистанционное зондирование Земли
Основной текст труда

Концепция платформы-моноблока, или унифицированного базового модуля (БМ), предлагаемая компанией «СПУТНИКС», подразумевает применение стандартных серийных модулей и типовых интерфейсов для их объединения в специализированные космические аппараты (КА) класса «малых», решающие прикладные задачи на низких околоземных орбитах. Предполагается, что лишняя масса за счет функциональной избыточности незначительно прибавляет к стоимости космического проекта до тех пор, пока рост всей массы КА не приводит к смене носителя. То есть имеется некоторый коридор значений масс, рост внутри которого несущественно скажется на стоимости всего проекта. При этом стоимость проекта существенно может снизиться за счет преимуществ серийного производства единообразных модульных конструкций, из которых предполагается собирать спутники [1].

Данный подход может себя оправдать в проектах, подразумевающих быстрое создание как спутников под разнородные задачи, так и в проектах создания многоспутниковых группировок.

При выборе размеров модуля были приняты во внимание теоретические исследования [2–4], а также имеющийся в компании «СПУТНИКС» задел по приборам, некоторые из которых оптимизированы под аппараты массой 80...150 кг.

Суть концепции — компоновка служебного борта КА из стандартных однотипных моноблоков, или БМ. Один или несколько соединенных БМ образуют малую унифицированную космическую платформу (МУКП), а МУКП соединяется с полезной нагрузкой сторонних производителей с использованием универсальных стыковочных механических замков и электрических разъемов. Всего для создания МУКП может быть использовано от 1 до N БМ, гдеN выбирается в зависимости от существующих требований и ограничений проекта по массе, энергопитанию, надежности, жесткости, режимов работы и других проектных параметров.

Каждый из БМ является фактически независимым «спутником», все системы внутри которого самодостаточны и объединены информационной шиной, как в автономном спутнике.

БМ (или моноблок) – это параллелепипед габаритами 1.5 на 1.5 м и толщиной 0.15 м, с монтированной на большой плоской стороне панелью солнечной батареи площадью 2,2 м2, с размещенными внутри модернизированными приборами служебных систем и состава бортовой аппаратуры (БА) космической платформы «Паллада» разработки СПУТНИКС. Бортовая кабельная сеть, информационные интерфейсы и БА размещены на единой установочной плите, т.н. интегрированной панели. Внутри нее располагаются тепловые трубы для обеспечения равномерного распределения тепла между БА.

Смысл унификации платформы в виде сборки из моноблоков выбранного формфактора – обеспечение удобства производства, сборки, хранения, транспортировки, испытаний, а также компоновки серии аппаратов при их выведении на орбиту в составе РН в случае целевого запуска. В частности, моноблоки легко размещать на стапелях, перемещать при сборке, передвигать без использования специализированных приспособлений, они технологичны при изготовлении и сборке. Аппараты, выполненные из БМ, могут быть уложены в составе разгонного блока внутри специального пускового контейнера стопкой друг на друге, как «книжки».

Все приборы внутри моноблока питаются от локальной аппаратуры регулирования и контроля через коммутаторы питания от стабилизированной шины 28В. Полезная нагрузка питается от объединенной силовой стабилизированной шины напряжением 50 В.

Информационный обмен внутри моноблока осуществляется по шине CAN или SpaceWire, в зависимости от объемов информационных потоков, ожидаемых от устройства, а также необходимости коррекции времени и требований управления в реальном времени.

БМ позволяет крепить снаружи дополнительные устройства и приборы, не входящие в его состав, с использованием универсальных механизмов механической стыковки, выполненных по аналогии с разработками [5, 6], а также узлов стыковки полезных нагрузок и устройств МУКП. Данные узлы расположены с «восточной», «западной», «северной» и «южной» сторон моноблока. К узлам может крепиться так называемое навесное оборудование: полезные нагрузки, а также, в случае необходимости, модуль двигательных установок.

Механические универсальные узлы стыковки являются андрогинными полностью идентичными устройствами, которые обеспечивают также механическое соединение между собой самих моноблоков. Помимо механических замков, БМ обладает электрическими разъемами для питания т.н. навесного оборудования от силовой стабилизированной шины напряжением 50 В, а также информационными разъемами для организации межблочного информационного обмена по шине SpaceWire и обмена данными с навесным оборудованием по высокоскоростному интерфейсу Ethernet 10ГБит.

Сборка/масштабирование МУКП из БМ выполняется путем подключения с «восточной» и/или «западной» стороны БМ аналогичных моноблоков, которые крепятся друг с другом механически с использованием механизмов механической стыковки, электрически соединяются силовыми и информационными разъемами узлов стыковки базовых модулей.  Этим способом обеспечивается набор необходимой энергетики для работы полезных нагрузок за счет объединения ресурсов систем энергопитания БМ, а также необходимая геометрия в случае крупногабаритных полезных нагрузок, необходимые вычислительные ресурсы за счет создания распределенной системы обработки данных, необходимое быстродействие и точность системы ориентации и стабилизации за счет кратного усиления управляющих органов, имеющихся в каждом БМ; надежность КА в целом увеличивается за счет многократно резервированных служебных систем (дублирование, троирование и так далее по числу используемых моноблоков).

В итоге после сборки нескольких БМ получается единая механическая конструкция, обеспечивающая также питание от единой сквозной стабилизированной шины 50В полезных нагрузок через силовой разъем узла стыковки базовых модулей, распределенная сеть системы управления SpaceWire и распределенная сеть Ethernet за счет за счет соединения информационных разъемов узлов стыковки базовых модулей.

Литература
  1. Razumova J.V., Karpenko S.O. Estimation Cost of a Small Satellite Group: Methodological Approaches and Factors // Utopía y praxis latinoamericana. 2020. Vol. 25, no. extra 12. Pp. 274-286. DOI: 10.5281/zenodo.4280145
  2. Talbot J., Mirczak W., and Crandall B. Cellularized satellites — A small satellite instantination that provides mission and space access adaptability // Smallsat Conference. Logan, Utah, 2016.
  3. Enright J., Cyrus J., Miller D. Modularity and Spacecraft Cost // Journal of Reducing Space Mission Cost. 1998. Vol. 1, iss. 2. Pp. 133–158. DOI: 10.1023/A:1009901316459
  4. Салиев Е.Р., Тютюнник Н.Н., Щеглов Г.А. О проектировании малого космического аппарата на основе открытой модульной архитектуры // Космонавтика и ракетостроение. 2019. № 1 (106). С. 131–142.
  5. iBOSS — intelligent Building Blocks for On-Orbit Satellite Servicing and Assembly. Available at: http://www.iboss-satellites.com/fileadmin/Templates/ iBOSS_Satellites/Media/iBOSS_Concept.pdf (accessed October 13, 2019).
  6. Boesso A., Francesconi A. ARCADE small-scale docking mechanism for micro-satellites // Acta Astronautica. 2013. Vol. 86. Pp. 77–87. DOI: 10.1016/j.actaastro.2013.01.006
Ваш браузер устарел и не обеспечивает полноценную и безопасную работу с сайтом.
Установите актуальную версию вашего браузера или одну из современных альтернатив.