nabbla (nabbla1) wrote,
nabbla
nabbla1

Categories:

Таруса-2012, секция "астродатчики", продолжение

Эту конференцию было правильнее назвать международной, а не всероссийской, ведь там были выходцы из Белоруссии, из ОАО "Пеленг", именно с их доклада начинались выступления в среду. Позже выступали представители ГАИШ МГУ с потрясающим проектом узкопольного звездного датчика, а также ИКИ РАН - про датчики гида телескопа "Спектр-УФ". И наконец, Маркиян Чубей из Пулковской обсерватории с проектом стереотелескопа в точках Лагранжа и представительница НИИЭМ, рассказавшая о системе сброса кинетического момента маховиков.

Звездные датчики на базе КМОП-фотоприемника - Котов М.Н. («Пеленг»)
В некотором роде, рекламный доклад, где описывается звездный датчик, разработанный в ОАО Пеленг.

Приведены только технические характеристики, даже модель КМОП-матрицы не указана, а ведь доклад так и назывался. Летных испытаний пока не было, только стендовые. Характеристики вроде бы неплохие, но вообще датчики получились "тяжеловатыми". У меня очень интересовались насчет сотовой бленды :)

Конструктивные особенности узкопольного звездного датчика ГАИШ МГУ с зеркальным объективом - Стекольщиков О.Ю. (ГАИШ МГУ)
Олег Юрьевич, главный конструктор этого звездного датчика - глыба человечище, высокий и могучий! По образованию теплотехник, и это дает о себе знать. Зачастую при проектировании оптических систем о температурных аспектах не задумываются вовсе, отчего впоследствии страдают. От нагрева несущие конструкции могут расширяться, как результат, система разъюстируется и результаты будут плачевные. Кроме того, с охлаждением фотоприемной матрицы все решают очень просто: или не охлаждают ее вовсе, или ставят прожорливый элемент Пельтье, а тепло с него сбрасывают на плиту, к которой датчик крепится (а дальше пусть им занимается СОТР спутника).

В рассмотренном звездном датчике все не так. Разработка очень амбициозная - при тех же габаритах, что обычно, предполагается получить точность около 0.1 угловой секунды, при частоте выдачи информации 10 Гц (у современных датчиков характеристики - 1 угловая секунда точности при частоте около 1 Гц). Чтобы получить такую точность, решено было применить длиннофокусный объектив с малым полем зрения - всего 2 градуса. Соответственно, чувствительность должна быть сильно выше: не 5-6 величина, а 9-11 (почти в 100 раз тусклее), иначе в поле зрения ничего не увидишь.



Остановились на схеме Ричи-Кретьена с главным зеркалом, контррефлектором и линзовым корректором. Диаметр главного зеркала: 101мм. На рисунке можно видеть, что контррефлектор закреплен тремя опорами, идущими непосредственно к основанию прибора, к силовому кольцу, которое прикручивается к спутнику. Тубус в данном случае силовой нагрузки не несет, что позволяет сделать из него бленду. Даже если Солнце нагреет его с одного бока и тубус чуть-чуть деформируется, на объективе это не скажется. Мы в системе лазерной связи, надо сказать, дали большого маху в аналогичном изделии - сделали тубус несущим, и это при суровой асферике, которая не прощает перекосов. Для нас поэтому стало жизненно необходимым поставить дополнительную бленду - сотовую, чтобы и тубусу не дать прогреться.

Далее, применена матрица с обратной засветкой от компании e2v - для астрономических приложений это гораздо лучше, чем матрица с прямой засветкой - больше эффективная площадь приемника, а главное, можно не бояться, что максимум "провалится" в мертвую зону и сделать более точную фокусировку - в пятно 2х2 пикселя, а не 3х3 или 4х4, как это вынуждены делать в матрицах с прямой засветкой.

Чтобы снизить шумы матрицы, ее охлаждают очень оригинальным способом. Никаких элементов Пельтье! Матрица смонтирована на алюминиевом радиаторе, который медными шинками соединен с силовым кольцом объектива. С него тепло сбрасывается в космическое пространство через отверстие объектива, в результате чего температура матрицы держится на уровне -20..0 град! На рисунке видно также, что узел фотоприемной матрицы опущен в "чашку" из теплоизоляции, чтобы ее не нагревала управляющая электроника, располагающаяся у основания датчика.

Вся оптическая система (зеркала и стойки) сделана из необычного материала - композита "скелетон" - карбид кремния+алмаз. Когда я слушал доклад, думал, что там ошибка, будто бы его теплопроводность выше, чем у меди. Нет, оказалось, что так оно и есть. Но что еще важнее, гораздо выше у него температуропроводность, т.е способность быстро выравнивать температурные градиенты. И при этом - материал чрезвычайно твердый и с низким коэффициентом теплового расширения.

Но чем еще этот доклад привлек всеобщее внимание - Олег Юрьевич привез с собой уже собранный объектив и даже впоследствии дал его "потрогать"! Понятно, пока он не проходил никаких испытаний, ни термовакуумных, ни тем более летных, да и насчет матрицы не уверен, но выглядела штука очень внушительно. Впереди много работы, хочется пожелать удачи в этом нелегком деле!

Расчет оптимальных характеристик оптической системы и матричного приемника излучения звездного датчика ориентации по его тактико-техническим характеристикам - Прохоров М.Е. (ГАИШ МГУ)

Судя по всему, эта работа сделана в рамках того же звездного датчика, хотя имеет несколько отвлеченный характер. Речь идет о том, как, исходя из ТЗ (угловая точность, скорость выдачи значений, шумы доступных для использования матриц) определить оптимальные параметры оптической системы - ее поле зрения, фокусное расстояние, светосилу. При этом считается, что система в некотором смысле идеальна - систематические ошибки отсутствуют. Получаются несколько завышенные результаты - при тех параметрах оптики современных звездных датчиков они должны были бы давать на порядок лучшую точность. Что ж, тем хуже для них. Значит, в них львиная доля погрешности - неисправленные систематические ошибки.



Доклад, безусловно, полезный. У нас сейчас рассматривается вопрос для начального наведения на спутник использовать астроориентацию, этому будет посвящена моя кандидатская диссертация. Осталось еще понять, какие нужны нам угловые точности и скорость...

Система датчиков гида в контуре наведения космического телескопа проекта «Спектр-УФ» - Строилов Н.А. (ИКИ РАН)

Исследование точностных характеристик системы датчиков гида телескопа Т-170М
Воронков С.В. (ИКИ РАН)


Два доклада, посвященные датчикам гида, назначение которых - точно наводить телескоп Спектр-УФ на заданное направление, ориентируясь по звездам. Своей собственной оптической системы гид не имеет, используется сам телескоп, только его переферийные области - там размещается 3 ПЗС-матрицы, которые должны измерять направление с точностью до 0.01 угл. секунды (а точность наведения - 0.1 угл. секунды). С одной стороны, огромные требования к точности, с другой - объектив нехилый :)



Сейчас работу ужасно осложняет тот факт, что объектив изготовляется совсем другой организацией, а на данный момент и вовсе отсутствует! В общем-то, и плиты, к которой матрицы будут привинчиваться, тоже нет, есть только своя, технологическая. Поэтому, чтобы понять, правильно ли все сделано и будут ли обеспечиваться необходимые точности, нужно еще очень исхитриться. Для начала, моделирование в ZEMAX, затем привинчивание разнообразных объективов и тестирование как на стенде, так и по реальным звездам, но, разумеется, с другим фокусным расстоянием. Иначе и за звездой не угонишься, да и проверить мало что получится - атмосфера внесет искажения гораздо больше, чем 0.01 угл. секунда. До запуска время еще есть, будем следить :)

Система регистрации изображений и проницание астрографа для орбитальной звездной стереоскопической обсерватории - Чубей М.С. (ГАО РАН)

В Пулковской обсерватории потихоньку прорабатывают эскизный проект стереоскопической обсерватории с широкой базой - два идентичных аппарата, расположенные в точках Лагранжа L4,L5. Идея в том, что при такой мощной стереобазе можно за одно-единственное измерение определить не только положение объекта Солнечной системы на небесном своде, но и узнать его дистанцию, а если наблюдать чуть попозже - все параметры движения. А значит, и опасные астероиды/кометы можно сразу обнаружить, не опасаясь, что нескольких разнесенных по времени наблюдений не удастся провести - скроется где-нибудь в поясе астероидов, и попробуй пойми, какая из точек - он. И для нахождения параллаксов звезд такой прямой метод может давать преимущества. Маркиян Семенович тесно общался с разработчиками спутника Hipparcos и будущего Gaia, сейчас у него есть черновик их мемуаров, о том, как эти проекты создавались и какие стояли трудности.



Также можно сразу проконтролировать движение искусственных спутников Земли, и многое другое. Надо сказать, проект довольно хорошо проработан, много времени было посвящено тому, чтобы обследовать точки Лагранжа L4/L5 на предмет нахождения там мусора или пылевого облака, которые могли бы помешать развертыванию таких телескопов.

В данном докладе внимание было уделено конфигурации оптической системы и мозаике матриц. Чтобы дать одновременно высокое разрешение и большое поле зрения, одной матрицы явно получалось мало, тут необходимо поставить порядка 200 ПЗС-матриц.

Самая большая проблема - это финансирование. Вряд ли его дадут, предпочтя более дешевые решения, или попросту никаких. Но поразмыслить о таких проектах в любом случае не мешает.

Решение задачи навигации и ориентации микрокосмического аппарата по данным о магнитном поле Земли с использованием фильтра Калмана - Павлова А.Н. (Филиал НПОЛ)

Идея в том, чтобы для случаев, когда высокой точности не требуется, определить и параметры орбиты, и ориентации по одному-единственному датчику - по магнитометру. Понятно, что для этого требуется хотя бы один виток, а лучше - несколько, чтобы понять, как меняется магнитное поле при движении по орбите.

Доклад вызвал много возражений: в качестве измеряемых параметров были взяты параметры орбиты, угловая скорость аппарата и его начальная ориентация. При моделировании на компьютере все это, разумеется, работало, но весь вопрос - неужели угловая скорость аппарата - настолько фиксированная величина, на протяжении множества витков? А что делать, если аппарат выполняет какие-то маневры, или просто его скорость гасится и тем же самым магнитным полем, и гравитационным? К сожалению, докладчица не смогла внятно ответить, но вообще такая задача не кажется мне неразрешимой. Наверняка задачи ориентации и навигации почти сразу можно отделить друг от друга - по быстрым осцилляциям выделить угловую скорость и находить ее за считанные минуты, а по медленным (учитывая. что угловую скорость уже знаем) - и параметры орбиты, но, разумеется, за несколько витков.



Для нано-спутников может быть самое то.

Электромагнитные системы сброса кинетического момента - Петрякова И.А. (НИИЭМ)

Речь идет о довольно хорошо отработанных устройствах, о магнитных катушках для сброса момента маховиков. НИИЭМ такими вещами занимается давно, и весьма успешно.


Например, такая система стоит на спутнике Ресурс-ДК, и никаких нареканий от нее не поступало, работает безукоризненно. И это при том, что и отказ отдельных катушек не является катастрофой - система изначально избыточна. Конечно, скорость упадет, но работоспособность сохранится.

В докладе довольно подробно объясняется алгоритм работы системы, в том числе подробности, касающиеся испытаний. Так, чтобы магнитометр при испытаниях в цехе не ловил 50 Гц от всего подряд (невовремя включившийся лифт, вентилятор, да мало ли что), его показания всегда фильтруются. Это и от шумов спасает, но и от промышленной частоты.

Для меня этот доклад был полезным в связи с космическим зеркалом. К сожалению, пока нет времени во всем подробно разобраться, но это дело поправимое.

На этом секция 1 была завершена. Впереди - секция 2, "методы и средства наземной отработки оптико-электронных приборов." Среди прочих, там и мой доклад. Но об этом еще несколько позже.
Tags: Таруса - 2012, доклады, конференция, работа
Subscribe

Recent Posts from This Journal

  • Нахождение двух самых отдалённых точек

    Пока компьютер долго и упорно мучал симуляцию, я пытался написать на ассемблере алгоритм захвата на ближней дистанции. А сейчас на этом коде можно…

  • Слишком общительный счётчик

    Вчера я чуть поторопился отсинтезировать проект,параметры не поменял: RomWidth = 8 вместо 7, RamWidth = 9 вместо 8, и ещё EnableByteAccess=1, чтобы…

  • Балансируем конвейер QuatCore

    В пятницу у нас всё замечательно сработало на симуляции, первые 16 миллисекунд полёт нормальный. А вот прошить весь проект на ПЛИС и попробовать "в…

  • Post a new comment

    Error

    Anonymous comments are disabled in this journal

    default userpic

    Your IP address will be recorded 

  • 11 comments

Recent Posts from This Journal

  • Нахождение двух самых отдалённых точек

    Пока компьютер долго и упорно мучал симуляцию, я пытался написать на ассемблере алгоритм захвата на ближней дистанции. А сейчас на этом коде можно…

  • Слишком общительный счётчик

    Вчера я чуть поторопился отсинтезировать проект,параметры не поменял: RomWidth = 8 вместо 7, RamWidth = 9 вместо 8, и ещё EnableByteAccess=1, чтобы…

  • Балансируем конвейер QuatCore

    В пятницу у нас всё замечательно сработало на симуляции, первые 16 миллисекунд полёт нормальный. А вот прошить весь проект на ПЛИС и попробовать "в…