Способ прогнозирования и обеспечения срока нормального функционирования космического аппарата

Изобретение относится к управлению полетом космического аппарата (КА), преимущественно телекоммуникационного спутника, в составе которого имеется система терморегулирования (СТР) с дублированными жидкостными трактами. КА имеет также систему ориентации и стабилизации, создающую управляющие моменты и снабженную газовыми реактивными соплами. Способ включает определение результирующего нескомпенсированного кинетического момента КА по данным телеметрических измерений величин угловых скоростей в каналах тангажа, крена и рыскания. Определяют также расход рабочего газа в течение конкретного периода эксплуатации на орбите и прогнозируют срок нормального функционирования КА. При этом указанные нескомпенсированный кинетический момент и расход рабочего газа определяют последовательно дважды: при работе обоих жидкостных трактов и при работе только одного из них. Прогнозируют соответствие параметра системы терморегулирования по нескомпенсированному кинетическому моменту требуемой величине и срок нормального функционирования КА при работе обоих жидкостных трактов. При несоответствии этого параметра требуемому сроку эксплуатации КА на орбите один из жидкостных трактов на определенном этапе эксплуатации выключают. Технический результат изобретения состоит в обеспечении достоверного определения величин нескомпенсированных кинетических моментов, создаваемых отдельной системой КА (спутника) на орбите - для прогнозирования и обеспечения срока нормального функционирования КА. 1 ил.

 

Изобретение относится к космической технике, в частности к телекоммуникационным спутникам, в составе которых применяют, например, систему терморегулирования (СТР), содержащую тепловые трубы в сочетании с одновременно работающими дублированными жидкостными трактами, в которых циркулирует жидкий или двухфазный теплоноситель (вышеуказанная СТР обеспечивает комфортный температурный режим приборов спутника как при одновременной работе обоих жидкостных трактов (основной режим работы СТР), так и при работе одного жидкостного тракта (резервный режим работы СТР)) и систему ориентации и стабилизации (СОС), в которой управляющие моменты создают при помощи струи рабочего газа, вытекающей через реактивные сопла.

Известные телекоммуникационные спутники на базе патентов Российской Федерации (РФ) №2362713 [1], 2151722 [2] и из материалов книги: «Каргу Л.И. Системы угловой стабилизации космических аппаратов. - М.: Машиностроение, 1980, стр.15, 17» [3].

Как показывает опыт, срок нормального функционирования вышеуказанных спутников в первую очередь определяется его энергетическими ресурсами, а именно имеющимся на борту спутника запасом массы рабочего газа и величиной расхода его, необходимого для создания управляющих моментов для удержания требуемой ориентации осей спутника (суммарная величина нескомпенсированного кинетического момента от работающих систем спутника определяется на основе данных телеметрических измерений значений угловых скоростей по рысканию, крену и тангажу).

Анализ показал, что для прогнозирования реального срока нормального функционирования, начиная с момента вывода спутника на орбиту, в первую очередь необходимо знать действительные значения нескомпенсированных кинетических моментов, создаваемых вращающимися панелями солнечных батарей и циркулирующим в жидкостных трактах СТР теплоносителем (и функционирующими в них гидронасосами), которые должны быть не более расчетных значений для каждой из вышеуказанных систем.

Таким образом, для прогнозирования и обеспечения срока нормального функционирования космического аппарата на орбите по каждой вышеуказанной системе на основе данных телеметрических измерений необходимо подтвердить, что каждая конкретная система создает нескомпенсированный кинетический момент не более расчетной величины, определенной при создании спутника, т.е. для высоконадежного прогнозирования и обеспечения работы и для повышения качества изготовления (и усовершенствования) последующих спутников по всем системам необходимо вышеуказанное требование выполнять, для чего телеметрическими измерениями необходимо вычленить величину нескомпенсированного кинетического момента, приходящуюся на конкретную систему.

Из вышеуказанных источников информации неизвестны способы достоверного определения величин нескомпенсированных кинетических моментов, создаваемых каждой системой спутника на орбите по отдельности для целей прогнозирования и обеспечения срока нормального функционирования спутника, что является существенным недостатком известных технических решений.

Анализ источников информации по патентной и научно-технической литературе показал, что наиболее близким по технической сути прототипом предлагаемого технического решения является способ прогнозирования и обеспечения срока нормального функционирования космического аппарата на орбите, созданного на базе [1], CTP которого содержит два одинаковых одновременно работающих жидкостных тракта.

Целью предлагаемого авторами изобретения является устранение вышеуказанного существенного недостатка известного технического решения.

Поставленная цель достигается тем, что в способе прогнозирования и обеспечения срока нормального функционирования космического аппарата на орбите, включающем определение результирующего нескомпенсированного кинетического момента по данным телеметрических измерений величин угловых скоростей тангажа, крена и рыскания в течение конкретного периода эксплуатации, величины расхода рабочего газа в течение вышеуказанного периода эксплуатации и прогнозирование срока нормального функционирования космического аппарата, определение результирующего нескомпенсированного кинетического момента и расхода рабочего газа по данным телеметрических измерений осуществляют последовательно два раза: при работе обоих жидкостных трактов и при работе одного из двух жидкостных трактов системы терморегулирования и прогнозируют соответствие параметра системы терморегулирования по нескомпенсированному моменту требуемой величине, срок нормального функционирования космического аппарата при работе обоих жидкостных трактов и, при несоответствии этого параметра требуемому сроку эксплуатации на орбите, один из жидкостных трактов на определенном этапе эксплуатации выключают, что и является, по мнению авторов, существенными отличительными признаками предлагаемого авторами технического решения.

В результате анализа, проведенного авторами известной патентной и научно-технической литературы, предложенное сочетание существенных отличительных признаков заявляемого технического решения в известных источниках информации не обнаружено и, следовательно, известные технические решения не проявляют тех же свойств, что в заявляемом способе прогнозирования и обеспечения нормального функционирования КА.

На фиг.1 изображена принципиальная схема космического аппарата, прогнозирование срока нормального функционирования и обеспечение этого срока которого осуществляют согласно предложенному авторами изобретению, где 1 - космический аппарат; 1.2 - антенна; 1.3, 1.4 - панели солнечных батарей; 1.5 - корпус спутника; 1.5.1, 1.5.2 - сотовые панели "+Z" и "-Z" с встроенными жидкостными трактами СТР; 1.5.3 - жидкостные тракты; 1.5.3.1 - гидронасос; О - центр масс КА; OX. -OX, +OY, -OY, +OZ, -OZ - оси координат КА.

Предложенный способ прогнозирования и обеспечения срока нормального функционирования космического аппарата на орбите реализуют следующим образом:

1. После вывода спутника в рабочую точку орбиты СТР включается в штатный режим работы, т.е. работают оба дублированных жидкостных тракта одновременно (основной режим работы СТР).

2. Затем в течение определенного периода времени измеряют по телеметрии величины угловых скоростей по тангажу, крену и рысканию и расходы рабочего газа по созданию управляющих моментов требуемого направления для удержания требуемой ориентации осей координат спутника.

3. По вышеуказанным данным аналитически определяют суммарную величину нескомпенсированного кинетического момента, действующего на спутник.

4. После этого выключают гидронасос одного из жидкостных трактов, т.е. на борту спутника работает только один жидкостный тракт (резервный режим работы СТР) и обеспечивает требуемый рабочий температурный режим приборов спутника.

5. Повторяют вышеуказанные операции п.2.

6. Повторяют вышеуказанные операции п.3.

7. Используя данные п.3 и п.6 определяют уменьшение суммарной величины нескомпенсированного кинетического момента, которое и равно величине нескомпенсированного кинетического момента при работе первого контура (L₁).

8. Аналогично вышеуказанному определяют величину нескомпенсированного момента при работе второго жидкостного тракта.

9. Сравнивают сумму (L₁+L₂) с расчетным значением нескомпенсированного момента от работающей СТР (при одновременной работе обоих жидкостных трактов), которая должна быть не более расчетного значения (если это условие выполнено, то это говорит о качественном изготовлении СТР спутника; а если нет - то для последующих спутников с учетом данных телеметрических измерений конфигурации жидкостных трактов изменяют таким образом, чтобы это условие безусловно выполнялось).

10. В случае, если суммарная величина нескомпенсированного кинетического момента КА такова, что не обеспечивается нормальное функционирование КА в течение требуемого срока, на заключительной стадии срока эксплуатации переходят на работу только одного жидкостного тракта СТР и тем самым обеспечивают срок нормального функционирования спутника.

Как следует из вышеизложенного, в результате использования предложенного авторами технического решения обеспечивается достоверное определение величин нескомпенсированных кинетических моментов, создаваемых каждой системой спутника на орбите по отдельности, для целей прогнозирования и обеспечения срока нормального функционирования спутника, т.е. таким образом достигается цель изобретения.

Способ прогнозирования и обеспечения срока нормального функционирования космического аппарата, содержащего систему терморегулирования с дублированными жидкостными трактами, на орбите, включающий определение результирующего нескомпенсированного кинетического момента по данным телеметрических измерений угловых скоростей тангажа, крена и рыскания в течение конкретного периода эксплуатации, величины расхода рабочего газа в течение вышеуказанного периода эксплуатации и прогнозирование срока нормального функционирования космического аппарата, отличающийся тем, что определение результирующего нескомпенсированного кинетического момента и расхода рабочего газа по данным телеметрических измерений осуществляют последовательно два раза: при работе обоих жидкостных трактов и при работе одного из двух жидкостных трактов системы терморегулирования, и прогнозируют соответствие параметра системы терморегулирования по нескомпенсированному кинетическому моменту требуемой величине, срок нормального функционирования космического аппарата при работе обоих жидкостных трактов и при несоответствии этого параметра требуемому сроку эксплуатации на орбите один из жидкостных трактов на определенном этапе эксплуатации выключают.