Прибор трехосной ориентации на солнце

 

Прибор трехосной ориентации на Солнце может быть использован в системах ориентации космических аппаратов. Блок ориентации вокруг направленной на Солнце оси установлен на платформе двухстепенной следящей системы соосно с датчиком Солнца. Блок ориентации содержит фильтры, диафрагму с тремя отверстиями, расположенную в фокальной плоскости объектива, модулятор, два фотоприемника, жгуты световодов, четыре усилителя, демодуляторы, триггеры. Платформа закреплена в двухстепенном кардановом подвесе, имеющем двигатели, редуктора и устройства измерения углов поворотов выходных валов редукторов. Обеспечена однозначность угломерного изменения вокруг направлений на Солнце. 2 з.п. ф-лы, 14 ил., 1 табл.

Изобретение относится к оптическому и оптико-электронному приборостроению, к приборам ориентации на Солнце космических аппаратов (КА).

Известна прецизионная двухстепенная солнечная следящая система, содержащая установленные на платформе два однокоординатных солнечных датчика, два усилителя, два двигателя и два редуктора. Недостатками этой системы являются отсутствие широкодиапазонных устройств измерения углов поворотов выходных валов в обеих степенях свободы следящей системы и отсутствие устройства измерения углов поворота вокруг третьей соли, направленной на центр солнечного диска.

Наиболее близким к изобретению является прибор трехосной ориентации на Солнце (17), содержащий блок ориентации вокруг направленной на Солнце оси, состоящий из объектива, светонепроницаемой диафрагмы с первым отверстием, расположенным на сои объектива, одиночного волоконного светопровода, модулятора света, фотоприемника и усилителя, причем плоскость диафрагмы перпендикулярна оптической оси объектива.

Целью изобретения является обеспечение угломерных измерений по отклонениям от направления на центр солнечного диска и обеспечение однозначности угломерного измерения вокруг направленной на Солнце оси.

Указанная цель достигается тем, что в прибор трехосной ориентации на Солнце, содержащий блок ориентации вокруг направленной на Солнце оси, состоящий из объектива, светонепроницаемой диафрагмы с первым отверстием, расположенным на оси объектива, одиночного волоконного светопровода, модулятора света, первого фотоприемника и усилителя, причем плоскость диафрагмы перпендикулярна оптической оси объектива, дополнительно введены платформа двухстепенной солнечной следящей системы с выходными валами, датчик Солнца следящей системы и устройства измерения углов поворотов выходных валов, причем блок ориентации вокруг направленной на Солнце оси установлен на платформе двухстепенной следящей системы соосно с датчиком Солнца следящей системы, на выходных валах первой и второй степеней свободы следящей системы установлены устройства измерения углов поворота этих валов, при этом в блок ориентации вокруг направленной на Солнце оси введены фильтр предварительной монохроматизации, второй объектив, спектральный фильтр, второй фотоприемник, привод, на валу которого закреплен модулятор света, волоконные светопроводы, три избирательных усилителя, демодуляторы, первый и второй триггеры, при этом в светонепроницаемой диафрагме, расположенной в фокальной плоскости объектива, выполнены второе и третье отверстия на расстоянии r от оси объектива, причем r < R, где R - радикс изображения диска Солнца на диафрагме, и угловое расстояние по окружности радиуса r между вторым и третьим отверстиями равно 90^o, от каждого отверстия в диафрагме отходит волоконный светопровод с разведением волокон поровну на два выходных конца, подведенных к кольцевому растру так, что первый и второй выходные концы светопроводов от трех отверстий в диафрагме подходят попарно к трем кольцевым растрам, выполненным на диске модулятора света, угловые периоды кольцевых растров P₁, P₂ P₃ связаны соотношением P₁ = 2P₂ = 4P₃, угловое расстояние между первым и вторым выходными концами светопроводов от трех отверстий в диафрагме равно полупериоду соответствующего растра диска модулятора света, к растру с наименьшим периодом P₃ подведен выходной конец одиночного светопровода, входной конец которого установлен за спектральным фильтром, а с другой стороны диска модулятора света за одиночным светопроводом установлен второй фотоприемник, с выходной стороны модулятора света установлены торцы шести светопроводов напротив шести торцов светопроводов от отверстий в диафрагме, причем светопроводы напротив трех первых выходных концов светопроводов от трех отверстий в диафрагме объединены в первый жгут, а светопроводы напротив трех вторых выходных концов светопроводов от трех отверстий в диафрагме объединены во второй жгут, торцы первого и второй жгутов расположены в фокальной плоскости второго объектива, за которым установлены узкополосный интерференционный фильтр и первый фотоприемник, три первых выходных торца светопроводов расположены на одной прямой, выход первого фотоприемника подсоединен ко входам трех избирательных усилителей, настроенных на частоты f₁, f₂, f₃, соответствующие периодам растров P₁, P₂, P₃, выходы усилителей соединены с демодуляторами, к выходу второго фотоприемника последовательно подсоединены усилитель, первый и второй триггеры, причем выход усилителя подсоединен к управляющему входу демодулятора, соединенного с избирательным усилителем на частоте f₃, выход первого триггера подсоединен к управляющему входу демодулятора, соединенного с избирательным усилителем на частоте f₂; выход второго триггера подсоединен к управляющему входу демодулятора, соединенного с избирательным усилителем на частоте f₁.

На выходных валах первой и второй степеней свободы следящей системы могут быть установлены устройства измерения углов поворотов этих валов типа "угол-код".

Модулятор света может быть установлен на валу электродвигателя.

Использование УИФ и двух отверстий в светонепроницаемой диафрагме, установленной в фокальной плоскости объектива. известно /2,3/. Однако использование трех отверстий в диафрагме, пяти волокнистых жгутов, трехрастрового диска модулятора света, дополнительного канала со светопроводов и фотоприемником - не известно.

Обеспечение угломерных измерений по угловым отклонениям от направления на центр солнечного диска и устранение неопределенности в 180^o определения полюсов Солнца при угломерном измерении вокруг направленной на Солнце оси обеспечивается установкой блока ориентации вокруг направленной на Солнце оси на платформе двухстепенной солнечной следящей системы, на выходных валах обеих степеней свободы которой установлены устройства измерения углов поворотов этих валов, а также введением в светонепроницаемую диафрагму в фокальной плоскости объектива третьего отверстия и формированием пучков света с помощью пяти волоконных светопроводов.

Сущность предлагаемого изобретения поясняется чертежами.

На фиг. 1 показана блок-схема прибора трехосной ориентации на Солнце; на фиг. 2 - схема блока ориентации /его оптической головки/ вокруг направленной на Солнце оси; на фиг. 3 показано расположение трех отверстий в светонепроницаемой диафрагме, расположенной в фокальной плоскости объектива; на фиг. 4 показаны проекции неизменного взаимного расположения торцов волоконных светопроводов и одно из возможных положений растра диска модулятора света; на фиг. 5 показано взаимное спектральное расположение фраунгоферовой линии и полос пропускания УИФ для двух пучков света в разными углами падения света на фильтр; на фиг. 6 показана блок-схема электроники блока ориентации вокруг направленной на Солнце оси; на фиг. 7 - 14 показаны варианты расположения отверстий диафрагмы в фокальной плоскости объектива относительно полюсов Солнца.

Прибор трехосной ориентации на Солнце содержит двухстепенную солнечную следящую систему и блок ориентации вокруг направленной на Солнце оси /БОВНС/. Следящая система содержит двухкоординатный /или два однокоординатных/ датчик Солнца 1, установленный на платформе 2. Платформа 2 закреплена в двухстепенном кардановом подвесе, имеющем двигатели 3,4, редукторы 5,6, устройства 7,8 измерения углов поворотов выходных валов редукторов 5,6. Сигналы от датчика Солнца 1 поступают на двигатели 3,4 через усилители 9, 10. БОВНС состоит из оптической головки /ОГ/ 11 и блока электроники /БЭ/ 12.

ОГ 11 содержит следующие элементы: фильтр предварительной монохроматизации 13, объектив 14, светонепроницаемую диафрагму 15 с тремя отверстиями, установленную в фокальной плоскости объектива 14. За отверстиями 16, 17, 18 установлены, соответственно, выходные торцы 19, 20, 21 волоконных светопроводов. Волоконный светопровод со входным торцом 19 имеет два выходных конца 22, 23. Волоконный светопровод со входным торцом 20 имеет два выходных конца 24, 25. Волоконный светопровод со входным торцом 21 имеет два выходных конца 26, 27. Выходные концы /24, 25/, /26, 27/, /22, 23/ установлены перед тремя кольцевыми растрами, соответственно, 28, 29, 30 диска 31 модулятора света с приводом /например, электродвигатель/ 32. Два светопровода со входными торцами 33 - 38 имеют на выходе два выходных торца 39, 40. Входные торцы 33 - 38 расположены напротив торцов 22 - 27 следующим образом: 24 - 33, 25 - 34, 26 - 35, 27 - 36, 22 - 37, 23 - 38. Канал синхронизации работы электроники в ОГ 11 содержит спектральный фильтр 41, волоконный светопровод 42 с выходным торцом, подведенным к растровому кольцу 28. Торцы 24, 33, 26, 35, 22, 37, 23, 38, 42 расположены на одной прямой 43. С другой стороны растра 28 напротив выходного торца светопровода 42 установлен фотоприемник 44 /фотодиод/. Торцы светопроводов и фотодиод 44 отстоят от диска 31 с минимальным зазором /100 - 200 мкм/, позволяющим диску свободно вращаться.

Выходной торец 39 расположен на оптической оси 45 в фокальной плоскости объектива 46. Выходной торец 40 расположен в фокальной плоскости объектива 46 так, что оптическая ось 47 светопровода 40 составляет угол β₁ с осью 45. За объективом 46 установлен УИФ 48. Плоскость УИФ 48 составляет угол β₂ с осью 45. За УИФ установлен фотоприемник 49 /фотоумножитель/. Выходные сигналы от ОГ 11 снимаются с выхода 50 фотоумножителя /ФЭУ/ 49 и с выхода 51 фотодиода 44. Выходные сигналы подаются в блок электроники 12. БЭ 12 содержит избирательные усилители 52, 53, 54, усилитель 55, демодуляторы 56, 57, 58, триггеры 59, 60. Выходной сигнал от БОВНС снимается с клемм 62, 63 относительно клеммы 61.

Устройство работает следующим образом. Двухстепенная солнечная следящая система обеспечивает слежение за центром солнечного диска вокруг осей X и Y. Точность следящей системы зависит, в первую очередь, от точности датчика Солнца 1. Основное требование к прецизионному датчику Солнца для следящей системы состоит в стабильности измерения нулевого углового рассогласования. Это может быть реализовано с высокой точностью /менее 2 угл.с./.

В позиционной угломерной характеристике датчика Солнца в следящей системе нет жестких требований к стабильности крутизны позиционного сигнала, который может быть монотонно возрастающим. Зона монотонного возрастания сигнала достаточна 3'-5', что обеспечивает получение сигнала обратной связи по скорости вращения вала двигателя 3 или 4 с целью устранения автоколебаний. Исполнение выходных шестерен в редукторах 5 и 6 в виде глобоидных червячных пар практически избавляет от люфтов. Таким образом, собственно следящая система имеет точность наведения оптической оси датчика Солнца 1 на центр солнечного диск не хуже 2 угл.с.

Поэтому погрешность угломерного измерения поворотов вокруг осей X и Y зависит от погрешностей устройств 7 и 8. Устройства 7 и 8 могут быть фотопотенциометрами, потенциометрами, типа "угол-код". Например, 18-разрядный фотоэлектрический преобразователь "угол-код" в /4/ имеет погрешность менее 5". Имеются преобразователи и с более высокой разрядностью. Функциональным достоинством следящей системы является очень большой диапазон измерения углов: ± 360^o вокруг оси X и приблизительно ± 50^o вокруг оси Y. Конкретные значения диапазонов измеряемых углов зависят от конструктивного исполнения всего устройства и от места его установки на КА.

Оптические оси солнечного датчика 1 и ОГ 11 установлены параллельно. Датчик Солнца 1 и ОГ 11 закреплен на платформе 2 следящей системы. БЭ 12 может быть закреплен на платформе 2, как показано на фиг. 1, или вне платформы. Пример конкретной следящей системы с электрической схемой даны в статье /1/.

Измерение углов поворота вокруг направленной на Солнце оси Z производится с помощью допплеровского эффекта по смещению фраунгоферовых линий на краю диска Солнца.

Солнце вращается вокруг собственной оси N-S /север-юг/.

Экваториальная скорость вращения Солнца равна 2,1 км/с.

В центре диска Солнца вектор экваториальной скорости перпендикулярен прямой, соединяющей КА с Солнцем. Поэтому в центре диска Солнца допплеровское смещение фраунгоферовых линий равно нулю. На полюсах оно также нулевое, так как здесь радиус вращения нулевой. Величина допплеровского смещения Δλ_д, как известно, равна где V - лучевая скорость, C - скорость света, λ - длина волны фраунгоферовой линии.

Для допплеровского измерения используется свойство УИФ, состоящее в смещении полосы пропускания 64 фильтра 48 в коротковолновую сторону при наклонном падении света /фиг. 5/ относительно полосы 65 пропускания при нулевом угле падения света.

Угол β₁ регулирует взаимное, относительно друг друга, смещение полос пропускания 65 и 64 для пучков света, соответственно, 66 и 67. Регулировкой угла β₂ обеспечивается совмещение точки пересечения ветвей полос пропускания УИФ 48 с рабочей фраунговеровой линией 68. В качестве рабочей фраугоферовой линии выбрана водородная H_α с длиной волны При нулевом допплеровском смещении, когда точка наблюдения располагается на полюсах или в центре диска Солнца, фраунговеровая линии располагается точно на пересечении ветвей полос пропускания УИФ, и переменный сигнал на фотоприемнике 49 равен нулю. /Сигнал становится переменным после модуляции растрами на диске 31/. При наличии допплеровского смещения переменный сигнал на фотоприемнике 49 появляется, а после демодуляции определяется и знак смещения. Соотношение периодов кольцевых растров p₁ = 2p₂ = 4p₃ (2) позволяет производить уменьшение частоты меандра на выходе усилителя 55 с помощью триггеров 59 и 60, причем достаточно только одного фотоприемника 44. Если соотношение периодов растров было не кратным двум, то для кольцевых растров 29 и 30 потребовались бы индивидуальные светопроводы и фотоприемники, аналогичные 42 и 44, а надобность в триггерах 59 и 60 отпала бы.

Фильтр предварительной монохроматизации 13 имеет полосу пропускания такой ширины, чтобы отсечь в УИФ 48 все соседние с рабочей полосы пропускания в пределах спектральной чувствительности фотоприемника 49.

Проведем энергетический расчет допплеровского сигнала.

Примем световой диаметр объектива 14 равным D_об = 95 мм, фокусное расстояние объектива 14 f_об = 290 мм, пропускание света фильтром 13 τ₁ = 0,4, общее пропускание объектива 14, светопроводов, растров, объектива 46 τ₂ = 0,2. Площадь объектива 14 S_об = 71,5 см². Спектральная плотность внеатмосферного солнечного светового потока на длине волны света 0,655 мкм равна /5/ Световой поток в континууме W, поступающий на фотоумножитель /ФЭУ/ 49, равен где d = 84,5 мкм - диаметр отверстий 16, 17, 18:
d_из = f_об·tg32' = 2700 мкм - диаметр изображения диска Солнца на диафрагме 15; 32' - угловой размер диска Солнца около Земли. Диаметр отверстий 84,5 мкм позволяет нивелировать тонкую структуру диска Солнца, но не размывает локальный вектор лучевой скорости. Эквивалентная ширина фраунговеровой линии H_α равна
Минимальное допплеровское смещение, которое должен регистрировать БОВНС, равно 1% от максимального сигнала на экваторе Солнца

Максимальное пропускание УИФ, как показано в /6/, рассчитывается по формуле

где R_з, коэффициенты отражения зеркал УИФ.

Если зеркала УИФ неидентичны даже больше, чем это имеет место в действительности /R_з = 0,86 и = 0,8/, то из (6)получим T_макс = 0,965. Поэтому примем для расчета T_макс = 0,95. Величина полуширины полосы пропускания УИФ сравнительно просто реализуется в фильтрах высокого порядка интерференции, например, со слюдой в разделительном слое /7/. Минимальный допплеровский сигнал равен /3/

Фоновый поток на ФЭУ 49 равен

Используем ФЭУ-68 с многощелочным фотокатодом. Чувствительность фотокатода ФЭУ-68 на H_α
S_λ = 0,96·10⁴мкA/Bт. (9)
Фоновый ток
i_ф = S_λ·W_ф = 0,45·10^-8A. (10)
Минимальный токовый допплер-сигнал равен

потоковый порог чувствительности ФЭУ равен /8/

где e = 1,6·10^-19Ac - заряд электрона;
i_т = 10^-9A - темновой ток для ФЭУ-68 /9/;
Δf = 10 Гц - принятое значение полосы пропускания усилителей 52, 53, 54.

Для минимального допплер-сигнала отношение сигнал/шум равно, с учетом (7) и (12)

Величина (13) больше 1, что подтверждает работоспособность устройства.

В качестве фотоприемника 44 может быть выбран, например, кремниевый фотодиод со спектральной чувствительностью в области 0,45 - 1,1 мкм. Фильтр 41 целесообразно выполнить, например, из стекла ИКС5 или ИКС6, или ИКС7 , с тем чтобы солнечный свет 69 не создавал оптических помех на ФЭУ 49 по каналу синхронизации через зазоры по торцам светопроводов.

На фиг. 3 показаны изображение 70 диска Солнца и окружность 71, по которой сканируют отверстия 17 и 18. Диафрагма 15 вместе с отверстиями 16, 17, 18 жестко закреплена в корпусе ОГ 11, и под "сканированием" подразумевается вращение КА вокруг собственного центра массы; в данном случае - вокруг направления на Солнце. Радиус окружности 71 целесообразно принять равным 0,8 от радиуса окружности 70, с тем чтобы отверстия были не около края диска из-за потемнения Солнца к краю, но в то же время сохранился допплер-сигнал близкий к максимальному.

Расположение торцов 24, 33, 26, 35, 22, 37, 23, 38, 42 на одной прямой 43 позволяет синхронизировать работу электросхемы /см. фиг. 6/. Приемы построения избирательных усилителей 52, 53, 54 описаны, например, в /10/, а демодуляторов 56, 57, 58 - в /11/.

На фиг. 7 - 14 показаны варианты расположения отверстий 17 и 18 на диске Солнца относительно его полюсов. В таблице показаны соответствующие этим расположениям величины и знаки лучевых скоростей. Максимальное значение скорости и таблице меньше 2,1 км/с с учетом соотношения радиусов окружностей 70 и 71. Из таблицы видно, что для любой из фиг. 7 - 14 комбинации величин и знаков лучевых скоростей не повторяются, что гарантирует однозначность допплеровского измерения.

Сигналы от отверстий 17, 18 с клемм 63, 62 измеряются относительно сигнала с клеммы 61 от отверстия 16 в центре изображения диска Солнца. Таким образом нейтрализуется влияние нескольких помеховых факторов: от переменной проекции вектора собственной скорости КА - при его движении по орбите - на прямую, соединяющую его с Солнцем; от деформаций корпуса ОГ 11 из-за температуры и во времени, что приводит к изменению угла падения света на УИФ 48; от изменения показателя преломления разделительного слоя УИФ 48 при изменении температуры.

Длина волны максимума полосы пропускания УИФ равна, как известно.

где t - геометрическая толщина разделительного слоя УИФ 48,
n - показатель, преломления разделительного слоя УИФ 48,
k - порядок интерференции;
ϕ - угол падения света на зеркала в разделительном слое УИФ 48.

Угол падения отсчитывается от нормали к поверхности УИФ. Для внешнего угла паления β света на УИФ формула (14) приобретает вид

откуда градиент смещения полосы пропускания света по углу β равен /12/

Порядок интерференции "k" для УИФ находим из (14) при ϕ = 0.

Пусть слюда имеет толщину t = 20 мкм. Ее показатель преломления n = 1,53. На длине волны света λ = 0,6563 мкм из (14)получим k = 93. Из формулы (16) находим (17)
D= 0 при β= 0^o, D=-0,0244 мкм/рад = - 4,29 угл.град. при β = 5^o, D = -0,0484 мкм/рад = -8,5 угл.град. при β = 10^o.

Из оценок (17) становится понятным, что угол β₂ отличается от 90^o на единицы градусов, а угол β₁ = 0,5^o - 1,5^o.

Смещение полосы пропускания слюдяного УИФ составляет на 100^oC /13/. Если температурный диапазон всего устройства на КА ± 50^oC, то на УИФ 48 можно напылить низкоомную прозрачную токопроводящую подогревную пленку SnO₂ - In₂O₃ и по сигналам датчика температуры /терморезистора/, закрепленного на УИФ 48, поддерживать температуру УИФ 48 в пределах, например (+40^oC) - (+50^oC). Тогда температурное смещение полосы УИФ составит всего
В другом варианте УИФ 48 может быть изготовлен с помощью ионной полировки /14/ в ситалле С0115M /15/ с температурным коэффициентом расширения менее α = 10^-7 1/^oC. При толщине воздушной ямы /разделительного слоя УИФ/ в ситалле, равной 20 мкм, изменение длины волны максимума полосы пропускания такого УИФ составит, с учетом (14), весьма малую величину

где k = 61 - порядок интерференции УИФ с воздушным разделительным слоем /n = 1/ толщиной t = 20 мкм.

Если погрешность наведения осей датчика 1 и ОГ 11 на центр солнечного диска составляет 2 угл.с., то, как показывают расчеты, погрешность определения полюсов Солнца с помощью БОВНС составляет 8 угл.мин.

Для спутников связи требуется погрешность ориентации не хуже 8 угл.мин. /16/.

Из вышеизложенного можно сделать вывод, что предлагаемое техническое решение имеет изобретательский уровень, так как оно явным обозом не следует из уровня техники.

Прибор трехосной ориентации на Солнце использует наиболее предпочтительный астрономический ориентир - Солнце - и позволяет отказаться от использования дополнительных приборов ориентации на борту КА /построителей вертикали Земли в инфракрасном или видимом спектральных диапазонах, приборов звездной ориентации и др.

Список использованных первоисточников
1. Малявкин Л. П. , Черемухин Г.С., Житник И.А., Крутов В.В. Следящая система для наведения на Солнце оптической аппаратуры. Приборы и техника эксперимента, 1968, N 1, с. 141-144
2. Черемухин Г.С., Рачительный А.И. Измерение локальных лучевых скоростей солнечного лимба. Оптико-механическая промышленность, 1976, N 6, с. 46-48
3. Ивин Л.Ф., Черемухин Г.С. Определение скорости вращения Солнца с помощью допплеровского эффекта. Труды МВТУ N 173. Информационные системы. Под редакцией Г.Н.Толстоусова. М., 1973 г., 161 стр., с. 109-113
4. Преснухин Л. Н. Шаньчин В.Ф., Майоров С.А., Меськин И.В. Фотоэлектрические преобразователи информации. М., Машиностроение, 1974 г., с. 303
5. Макарова Е.А., Харитонов Л.В. Распределение энергии в спектре Солнца и солнечная постоянная. М., Наука, 1972 г., 288 стр.

6. Розенберг Г.В. Оптика тонкослойных покрытий. М., ГИФМЛ, 1958 г., с. 386
7. Черемухин Г.С., Рожнов В.П., Голубева Г.И. Узкополосные интерференционные фильтры на основе слюды. Оптико-мех.пром., 1976, N 5, с. 50-53
8. Павлов А. В, Черников А.И. Приемники излучения автоматических оптико-электронных приборов. М., Энергия, 1972 г.

9. Соболева Н.А., Берковский А.Г., Чечик Н.О., Елисеев Р.Е. Фотоэлектронные приборы. М., Наука, 1965 г.

10. Кар Дж. Проектирование и изготовление электронной аппаратуры. М., Мир, 1986 г., 387 стр.

11. Павлов В.В. Полупроводниковые усилители малых сигналов постоянного тока для систем промышленной автоматики. М.-Л., Энергия, 1966 г., 128 стр. /Библиотека по автоматике, выпуск 152/
12. Черемухин Г. С., Рожнов В.П., Голубева Г.И. Измерение спектральных кривых пропускания сверхзвукополосных интерференционных фильтров и пластин материалов. Оптико-мех. пром., 1977, N 2, с. 69
13. Кириенко Б. В. , Черемухин Г.С., Васильева Л.В., Ивин Л.Ф., Рачительный А.И., Рожнов В.П. Формирование поля зрения оптического датчика интерференционными фильтрами. Оптико-мех.пром., 1976, N 10, с. 10-11
14. Голубева Г. И. , Рожнов В.П., Степуро А.В., Черемухин Г.С. Узкополосный интерференционный фильтр. Авт. св. СССР N 685996, G 02 B 5/28, Б.И. N 34, 1979 г.

15. Ситалл C 0115 M. ОСТ3-104-77. ТУ ОКП 449291000.

16. J.Spacecraft and Rockets, 1984, т. 21, N 1, стр. 113-119
17. Заявка Франции 2116830, G 01 C 21/00, 1972ц

Формула изобретения

1. Прибор трехосной ориентации на Солнце, содержащий блок ориентации вокруг направленной на Солнце оси, состоящий из объектива, светонепроницаемой диафрагмы с первым отверстием, расположенным на оси объектива, одиночного волоконного светопровода, модулятора света, первого фотоприемника и усилителя, причем плоскость диафрагмы перпендикулярна оптической оси объектива, отличающийся тем, что дополнительно содержит платформу двухстепенной солнечной следящей системы с выходными валами, датчик Солнца следящей системы и устройства измерения углов поворотов выходных валов, блок ориентации вокруг направленной на Солнце оси установлен на платформе двухстепенной солнечной следящей системы соосно с датчиком Солнца следящей системы, на выходных валах первой и второй степеней свободы следящей системы установлены устройства измерения углов поворотов этих валов, при этом в блок ориентации вокруг направленной на Солнце оси введены фильтр предварительной монохроматизации, второй объектив, спектральный фильтр, второй фотоприемник, привод, на валу которого закреплен модулятор света, и волоконные светопроводы, три избирательных усилителя, демодуляторы, первый и второй триггеры, при этом в светонепроницаемой диафрагме, расположенной в фокальной плоскости объектива, выполнены второе и третье отверстия на расстоянии r от оси объектива, причем r < R, где R - радиус изображения диска Солнца на диафрагме, а угловое расстояние от окружности радиуса R между вторым и третьим отверстиями равно 90^o, от каждого отверстия в диафрагме отходит волоконный светопровод с разведением волокон поровну на два выходных конца, подведенных к кольцевому растру, так что первый и второй входные концы светопроводов от трех отверстий в диафрагме подходят попарно к трем кольцевым растрам, выполненным на диске модулятора света, угловые периоды кольцевых растров p₁, p₂, p₃ связаны соотношением p₁ = 2p₂ = 4p₃, угловое расстояние между первым и вторым выходными концами светопроводов от трех отверстий в диафрагме равно полупериоду соответствующего растра диска модулятора света, к растру с наименьшим периодом p₃ подведен выходной конец одиночного светопровода, входной конец которого установлен за спектральным фильтром, а с другой стороны диска модулятора света за одиночным светопроводом установлен второй фотоприемник, с выходной стороны модулятора света установлены торцы шести светопроводов напротив шести торцов светопроводов от отверстий в диафрагме, причем светопроводы напротив трех первых выходных концов светопроводов от трех отверстий в диафрагме объединены в первый жгут, а светопроводы напротив трех вторых выходных концов светопроводов от трех отверстий в диафрагме объединены во второй жгут, торцы первого и второго жгутов расположены в фокальной плоскости второго объектива, за которым установлены узкополосный интерференционный фильтр и первый фотоприемник, три первых выходных торца светопроводов от трех отверстий в диафрагме и выходной торец одиночного светопровода расположены на одной прямой, выход первого фотоприемника подсоединен ко входам трех избирательных усилителей, настроенных на частоты f₁, f₂, f₂, соответствующие периодам растров p₁, p₂, p₃, выходы усилителей соединены с демодуляторами, к выходу второго фотоприемника последовательно подсоединены усилитель, первый и второй триггеры, причем выход усилителя подсоединен к управляющему входу демодулятора, соединенного с избирательным усилителем на частоте f₃, выход первого триггера подсоединен к управляющему входу демодулятора, соединенного с избирательным усилителем на частоте f₂, выход второго триггера подсоединен к управляющему входу демодулятора, соединенного с избирательным усилителем на частоте f₁.

2. Прибор по п. 1, отличающийся тем, что на выходных валах первой и второй степеней свободы следящей системы установлены устройства измерения углов поворотов этих валов типа "угол-код".

3. Прибор по п.1, отличающийся тем, что модулятор света установлен на валу электродвигателя.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8, Рисунок 9, Рисунок 10, Рисунок 11, Рисунок 12, Рисунок 13, Рисунок 14, Рисунок 15