Файл: Проектный облик перспективного малого космического аппарата с маршевой электроракетной двигательной установкой Власенков Е. В. 1.pdf

11
Рисунок 5 - Транспортное положение МКА (общий вид)
Рисунок 6 - Транспортное положение МКА (общий вид)

12
Рисунок 7 - Рабочее положение МКА (общий вид)
Рисунок 8 - Рабочее положение МКА (общий вид)

13
Рисунок 9 - Рабочее положение МКА (общий вид, панели +Х, +Y, +Zусловно не показаны)
Рисунок 10 - Рабочее положение ЛМКА (общий вид, панели +Х, -Y, +Z условно не показаны)

14
Рисунок 11- Укрупненная схема членения МКА
Внутренние стороны панелей ±Z, ±Y использованы для размещения приборов служебной аппаратуры. Нижняя грань панели -Х служит для установки переходного адаптера с системой отделения, на эту же грань производится установка модуля ориентации двигателя КМ-60, верхняя грань этой панели обеспечивает установку блока хранения ксенона и блоки управления и подачи ксенона. Верхняя и нижняя грани панели +Х предполагают размещение комплекса научной аппаратуры. На панели -Z установлены приводы солнечных батарей, которые обеспечивают их вращение вокруг оси, коллинеарной оси Y базовой строительной системы координат аппарата. Каждая панель солнечных батарей состоит из трех створок и представляет собой трехслойные сотопанели с установленными на них фотопреобразователями. К конструированию узлов поворота и зачековки предъявляются серьѐзные требования, т.к. примеры уже существующих образцов этих агрегатов показывают несоответствие массового совершенства различных элементов. В качестве механизмов расчековки принято решение использовать пирочеки (тепловые чеки). Тепловые чеки обладающие рядом преимуществ перед применяемыми на данный момент пиротехническими устройствами. Внешние стороны панелей ± Y и +Z, а также свободные от

15 фотопреобразователей стороны панелей солнечных батарей служат радиаторами- охладителями системы терморегулирования платформы.
Рисунок 12 - Рабочее положение МКА (вид сзади)
Рисунок 13 - Транспортное положение МКА (вид сзади)

16
Рисунок 14 - Транспортное положение МКА (вид снизу)
1.4 Массовая сводка
Массовая сводка МКА с маршевой ЭРДУ представлена в таблице 3.
Таблица 3
№ п/п
Наименование
Масса, кг
1
Комплекс научной аппаратуры
1.1
Элементы антенны радиолокационной системы (учтены в массе панелей БС)
-
1.2
Блок электроники радиолокатора
1,50 1.3
Галс-ЭМ-С
2,50 1.4
Галс-ЭМ-Ч
6,00 1.5
Бортовые сенсоры накопленной дозы, 2 шт
0,70 1.6
Система контроля электризации
1,10
2
Бортовой комплекс управления
2.1
ЦВМ-25, 1 шт
2,30 2.2
АС, 5 шт
9,00 2.3
Запоминающее устройство
3,70 2.4
Звездный датчик, 2 шт
2,00 2.5
Солнечный датчик, 2 шт
1,30 2.6
БИБ
0,90

17 2.7
Двигатель - маховик, 4 шт
7,20
3
Бортовой радиокомплекс и АФС
3.1
Бортовой радиокомплекс
5,50 3.2
Антенный переключатель, 1 шт
0,50 3.3
Средненаправленные антенны (передающие),
2 шт
0,60 3.4
Малонаправленные антенны (приемные), 2 шт
0,60
4
Система энергоснабжения
4.1
АКБ
18,00 4.2
Батарея солнечная
16,00 4.3
Привод БС
6,00 4.4
КАС
14,00 4.5
СПУ
16,00
5
Двигательная установка
5.1
Двигатель КМ 60 3,20 5.2
МОД + БУ-МОД
10,00 5.3
БУР
0,40 5.4
БПК-АК
3,50 5.5
БПК-К
2,50 5.6
БПК-АМ
3,70 5.7
БПК-ГД
2,50 5.8
БКЛ
1,30 5.9
ГД-50, 12 шт
4,20 5.10
Бак (ксенон)
13,00 5.11
Конструкция установки бака
4,00 5.12
Рабочее тело (ксенон)
70,00
6
СОТР (датчики, нагреватели, ЭВТИ)
4,00
7
БКС
9,00
8
Конструкция
12,00
9
Кронштейны, мелкие детали, стандарты
5,00
10
Резерв
20,00
11
Адаптер с системой отделения
13,00
ИТОГО
296,70 2 Выводы и рекомендации
В данной работе определен проектный облик МКА с ЭРДУ, оценены параметры служебных систем, предложен возможный состав научной аппаратуры, а так же выявлены первостепенные проблемы, с которыми столкнутся разработчики МКА подобного типа.
По результатам проектной проработки МКА с маршевой ЭРДУ можно заключить, что существует технологический задел, позволяющий говорить о возможности создания данного
МКА. Однако существует ряд систем, для которых нужно провести значительную работу по

18 миниатюризации и адаптации уже существующих аналогов для их эффективного использования в составе МКА. Например, электроракетные двигатели редко применяются на КА, поэтому системы обеспечения их работы имеют низкую степень унификации. СПУ для ДУ КМ-60 разрабатывается только одним предприятием – НПЦ «Полюс» и предполагается для использования на больших КА. Применение ЭРДУ создаѐт необходимость в наличии мощной системы электроснабжения, которая, как правило, не требуется на МКА, а значит, для аппаратов данного класса не существует отработанных эффективных КАС, работающих с высокой мощностью.
Стоит отметить, что для длительного перелѐта с использованием маршевой ЭРДУ необходим механизм ориентации двигателя. Механизм используется для компенсации смещения центра масс МКА при расходе рабочего тела, а так же может применяться для разгрузки двигателей маховиков по нескольким каналам. Установка механизма ориентации двигателя позволяет сэкономить рабочее тело (уменьшить расход рабочего тела на нужды коррекции и разгрузки маховиков системы ориентации и стабилизации) и использовать оптимальные законы управления МКА. Но в то же время применение механизма ориентации усложняет конструкцию МКА, уменьшает его надежность за счет введения сложной системы, снижает технологичность МКА в целом, увеличивает итоговую стоимость аппарата. Так же стоит отметить, что требуется разработка приводов солнечных батарей с кольцевыми токосъемниками с высокими массово габаритными характеристиками, предназначенными для установки на МКА.
Необходимо отметить, что управление таким аппаратом является сложнейшей задачей, поскольку на этапе межпланетного перелета программу полѐта придѐтся многократно корректировать после периодического анализа текущих навигационных параметров. Кроме этого, бортовой комплекс управления, обеспечивающий реализацию такого длительного перелѐта, должен обладать высокой степенью автономности, поскольку станции наземного сегмента системы управления «Спектр-Х» серьѐзно загружены. Разработка такого БКУ потребует длительного времени и значительных средств.
Создание и последующая эксплуатация данного аппарата позволит решить несколько актуальных и, несомненно, важных задач. Одной из них станет отработка систем и программного обеспечения, необходимых для осуществления и обеспечения перелѐтов МКА с маршевой ЭРДУ. Задел, полученный при разработке, эксплуатации и управлении МКА с маршевой ЭРДУ, может быть использован для создания и обеспечения полетов больших КА с ЭРДУ, что актуально на существующем этапе исследования космоса. Также, реализация

19 данного проекта позволит решить целый ряд актуальных научных задач, что будет иметь значительную как фундаментальную, так и прикладную ценность. Полученные данные будут иметь большое значение при планировании последующих планетных исследований, проводимых нашей страной.
Важным является то, что проектная проработка данной платформы может стать базой для создания целой группы аппаратов со схожими научными задачами для исследования межпланетного и околоземного пространства, а также при использовании платформы для реализации орбитальных систем с возможностью поддержания орбиты, либо ее изменения в широких диапазонах во время срока активного существования. Данное свойство позволяет провести научные исследования на разных орбитах с помощью одного КА, а также использовать ЭРДУ для до выведения аппарата на рабочую орбиту, если энергетики средств выведения для этих целей недостаточно.
В проектной проработке максимально использовались существующие и находящиеся в завершающей стадии разработки российские бортовые системы, комплексы приборов, агрегатов и узлов, работоспособных в условиях открытого космоса. Принятые технические решения позволят создать конкурентоспособное на международном уровне изделие.
Одновременно с выполнением требований по минимизации массово-энергетических параметров, стоимости разработки и сроков реализации предусмотрена возможность расширения (или сужения) функциональных возможностей с целью использования их на КА другого назначения без кардинальных изменений структуры и программно- алгоритмического обеспечения.
Учитывая вышеизложенное, реализация данного проекта позволит создать серьѐзный задел в тематике межпланетных исследований, а так же создаст возможность более эффективного исследования и освоения Солнечной системы.
Библиографический список
1. Актуальные вопросы проектирования космических систем и комплексов. Сборник научных трудов. Под ред. Полищука Г.М., Пичхадзе К.М. ФГУП «НПО им. С.А.
Лавочкина», 2005 г.
2. Луна – шаг к технологиям освоения Солнечной системы / Под научной редакцией
В.П. Легостаева и В.А. Лапоты. – М.: РКК «Энергия», 2011 г.
3. Петухов
В.Г., Квазиоптимальное управление с обратной связью для многовиткового перелета с малой тягой между некомпланарными эллиптической и круговой орбитами, Космические исследования, том 49, № 2, 2011 г.

20 4. Проектирование автоматических космических аппаратов для фундаментальных научных исследований / Под ред. В.В. Ефанова, К.М. Пичхадзе: В 2-х т. Т.1. – М.: Изд-во
МАИ, 2012.