Спутник-конструктор - учебно-демонстрационная модель

Изобретение относится к конструкции и оборудованию малых спутников модульного типа (формата CubeSat) и их моделям, используемым в учебных целях. Спутник-конструктор (СК) содержит базовую модульную платформу для формирования узлов и систем СК, бортовую сеть, не менее одного центрального процессора (одноплатного компьютера), работающего на библиотеках высокого уровня, модуль управления и связанные с ним модуль УКВ-канала связи и модуль Wi-Fi канала связи, а также служебные системы, допускающие выбор и/или замену элементов. Предусмотрен сервисный разъем для доступа к бортовой сети, отладки программируемых устройств через отладочный интерфейс и подключения внешнего источника питания. Технический результат направлен на расширение функциональных и учебно-демонстрационных возможностей СК в космических и земных условиях применения, на повышение унификации и доступности комплектующих СК. 9 з.п. ф-лы, 6 ил.

 

Изобретение относится к космической технике, а более конкретно к космическим аппаратам, и может быть использовано при создании малых спутников блочно-модульного исполнения различного назначения. Более конкретно изобретение относится к микро-, нано- или пико- спутникам, преимущественно, формата CubeSat.

Одновременно данное изобретение относится к учебно-демонстрационным пособиям, предназначенным для формирования компетенций в проектировании, сборке, испытаниях и эксплуатации космического аппарата у целевой аудитории, в качестве которой рассматриваются преимущественно школьники и студенты.

В настоящем описании понятия «спутник» и «космический аппарат» используются в качестве синонимов.

Известен космический аппарат блочно-модульного исполнения (см. RU 2581274 С2, кл. B64G 1/10, приоритет 29.04.2014 г., публ. 20.04.2016 г.), содержащий модули космического аппарата, интерфейсы для обеспечения питанием, интерфейсы для передачи данных и других сигналов, имеющий достаточно места для укладки больших компонентов. В состав космического аппарата входят модуль служебных систем и два модуля полезной нагрузки (МПН): первый МПН и второй МПН, причем второй МПН устанавливается на первый МПН так, что стартовая нагрузка второго МПН передается на первый МПН и воспринимается им.

Известному космическому аппарату присущи жесткая архитектура и массивность, и, кроме того, заранее определенное взаимное расположение модулей полезной нагрузки, что, в совокупности, не позволяет использовать его для обучения студентов и школьников.

Известен космический аппарат на основе космической платформы (RU 2569658 С2, Кл. B64G 1/00, приоритет от 26.02.2014 г., опубл. 27.11.2015 г.), Космическая платформа содержит модуль служебных систем в форме прямоугольного параллелепипеда, узлы стыковки с системой отделения, двигательную установку, солнечные батареи, систему терморегулирования. Космическая платформа включает в себя цилиндрический отсек в виде сетчатой конструкции из углепластика, сотовые панели с кронштейнами. Внутри цилиндрического отсека установлены баки хранения рабочего тела для двигательной установки системы коррекции с плазменными двигателями на ксеноне и двигательной установки системы ориентации и стабилизации.

Данному космическому аппарату также присущи большие габариты и массивность, что приводит к невозможности его использования для формирования компетенций у целевой аудитории.

Необходимо также отметить, что традиционно космические аппараты собираются в условиях специальных производственных условиях, что фактически не дает возможности их использования для целей обучения. В качестве комплектующих космического аппарата применяют изготовленные по специальной технологии и прошедшие испытания для использования в космических условиях изделия, что делает фактически невозможной их использование для сборки спутника в учебных и любительских условиях.

Известна модульная конструкция космического аппарата (см. RU 2374148 С2, кл. B64G 1/22, приоритет 01.03.2007 г., публ. 27.11.2009 г.), содержащая несущую конструкцию, обеспечивающую аппарату жесткость при передаче нагрузок от носителя, и унифицированные крейты с электронными модулями служебной и целевой аппаратуры, имеющие стенки с толщиной, необходимой для радиационной защиты электронных модулей. Несущая конструкция выполнена как горизонтальный пакет, составленный из вертикальных пакетов крейтов.

Модульность и унификация позволит значительно ускорить процесс разработки, изготовления и испытаний аппарата, что, в сочетании с применением COTS-компонентов, снизит его стоимость, а отсутствие традиционной несущей конструкции снизит массу аппарата.

Известен спутник-конструктор пикоспутник формата CubeSat (см. RU 2550241 С1, кл. B64G 1/10, приоритет 23.01.2014 г., публикация 10.05.2015 г.).

Данный пикоспутник содержит кубический корпус, выполненный из полиэфирэфиркетона с углеродными нанотрубками, и на всех его гранях, в том числе под солнечными батареями, установлены защитные пластины из пластика на основе полиимида с наполнителем из дисульфида молибдена. Внутри корпуса закреплены электронные печатные платы; кроме того, пикоспутник снабжен антеннами, солнечными и аккумуляторными батареями. В предпочтительном варианте он снабжен, по крайней мере, пятью видеокамерами, объективы которых расположены на разных гранях корпуса.

Приведенная в указанном выше источнике компоновка спутника-конструктора указывает на его заранее определенное назначение, кроме того, она довольно сложна в сборе, что затрудняет доступ к узлам и системам космического аппарата что ограничивает возможность его использования для формирования компетенций целевой аудитории.

В качестве ближайшего аналога принят спутник-конструктор формата CubeSat (см. US 2016251092 A, Кл. B60R 16/033, B64G 1/10, приоритет 26.02.2015 г., опубл. 01.09.2016 г.). Известный спутник-конструктор содержит модульную спутниковую платформу, на основе которой формируют узлы и системы спутника космического назначения, с, по меньшей мере: бортовой сетью, соединяющей узлы и системы спутника, с, как минимум, одним программируемым устройством - центральным процессором, модулем управления, модулем УКВ-канала связи, связанным с указанным модулем управления, системой электропитания и связанным с ней модулем солнечных батарей.

В известном техническом решении детально проработана система электропитания, которую предлагается использовать на примере спутника-конструктора; однако при использовании такой системы электропитания является проблематичным использование спутника-конструктора для обучения и демонстрации всего жизненного цикла проектирования или разработки космического аппарата, в том числе:

- при применении известного технического решения становится невозможным обеспечить функционирования спутника-конструктора в земных и космических условиях в штатном или близком к нему режиме;

- из-за сложности выполнения системы электропитания затруднен доступ к узлам и системам спутника; Основной идеей настоящего изобретения является осуществление возможности обучения или демонстрации всего жизненного цикла проектирования (разработки) космического аппарата от возникновения идеи до испытаний и соответственно, эксплуатации, и возможность демонстрации работы аппарата, на примере полноценного спутника, с возможностью последующего запуска в космос.

Основной аудиторией, перед которой предполагается осуществлять демонстрацию данного космического аппарата, предполагаются студенты и школьники, однако это не ограничивает возможность применения изделия иными целевыми группами, например, сообществами любителей, а также профессиональными сообществами или отдельными их представителями.

Указанные назначения (в т.ч. целевая аудитория) накладывает некоторые ограничения на объем и вес спутника-конструктора.

Технической задачей (Техническим результатом) настоящего изобретения является:

- расширение комплекса технических средств: изобретение должно служить для обучения основам разработки, проектирования, сборки, испытаний и эксплуатации спутников (космических аппаратов) и формированию соответствующих компетенций у целевой аудитории - школьников, студентов и любителей, с последующим использованием по целевому назначению в качестве космического аппарата.

- обеспечение возможности функционирования спутника-конструктора в земных и космических условиях в штатном или близком к нему режиме;

- повышение мобильности спутника (космического аппарата), в. т.ч. снижение веса и объема готового изделия;

- упрощение доступа к узлам и системам спутника (космического аппарата);

- расширение функциональных возможностей при сохранении надежности спутника (космического аппарата) с учетом использования стандартных комплектующих общепромышленного или бытового назначения и снижения доли специально изготовленных для использования в космической отрасли комплектующих.

Заявленный технический результат достигается тем, что в спутнике-конструкторе - учебно-демонстрационной модели (далее - спутник-конструктор), содержащем в качестве основы модульную спутниковую платформу, предназначенную для формирования узлов и систем спутника космического назначения, с, по меньшей мере: бортовой сетью, соединяющей узлы и системы спутника, с, как минимум, одним программируемым устройством - центральным процессором, модулем управления, модулем УКВ-канала связи, связанным с указанным модулем управления, системой электропитания и связанным с ней модулем солнечных батарей, указанная модульная спутниковая платформа выполнена сборно-разборной с возможностью многократного (неоднократного) выполнения сборно-разборных операций, центральный процессор представляет собой одноплатный компьютер, основание (плата) которого выполнена в габаритных размерах не превышающих 68 мм × 32 мм, и имеющий возможность работать как на открытых (свободных), так и на закрытых библиотеках высокого уровня, дополнительно к модулю УКВ канала связи введен модуль Wi-Fi канала связи, который связан с модулем управления, дополнительно введен сервисный разъем, обеспечивающий доступ к бортовой сети, отладку программируемых устройств через двухпроводной отладочный интерфейс, и подключение внешнего источника питания, система электропитания и модуль солнечных батарей выполнены с возможностью работы как с батареями на базе кремниевых фотопреобразователей, так и с батареями на базе арсенид-галлиевых фотопреобразователей без изменения настроек системы электропитания.

Ниже указаны возможные частные случаи выполнения изобретения, не ограничивающие иные возможности реализации заявленного изобретения:

- спутник-конструктор содержит каркас, включающий две боковые несущие рамки, каждая из которых образована двумя вертикальными балками и двумя поперечинами, имеющими в продольном направлении П-образный или U-образный участок, и включающий четыре горизонтальные балки, установленные между рамками, две сверху и две снизу, в которые посредством резьбового соединения установлены латунные стойки для установки модулей космического аппарата, причем упомянутые горизонтальные балки имеют отверстия для скрепления с боковыми несущими рамками каркаса посредством винтового соединения, а соответствующие поперечины каждой рамки направлены П-образными или U-образными участками друг к другу.

- латунные стойки для установки модулей спутника-конструктора выполнены с возможностью установки модулей, образующих узлы и системы космического аппарата, в «стэк», одна над другой, с отдельными латунными проставками (стойками) между ними, а модульная спутниковая платформа содержит содержит, как минимум, следующие модули, выполненные в виде плат: плату аккумуляторных батарей, имеющую четыре выреза под установку аккумуляторных батарей, плату системы электропитания, материнскую плату с подключенным к ней или размещенным на ней одноплатным компьютером, плату модуля УКВ канала связи, плату сервисной панели, содержащую сервисный разъем, плату антенной системы, причем указанные платы имеют вырезы по бокам для прокладки кабельной сети, а модули солнечных батарей, имеющие фотопреобразователи с защитными диодами, выполнены в виде плат или панелей с возможностью крепления к каркасу, как минимум, с торцов, посредством винтовых соединений, причем торцевые платы солнечных батарей имеют вырезы для солнечных датчиков (датчиков ориентации по Солнцу).

- модульная спутниковая платформа может иметь габариты габариты 100×100×113 мм. или габариты 100×100×340 мм., причем под оборудование, используемое в качестве полезной нагрузки, выделен объем до 89×95×220 мм. или до 89×95×150 мм., при этом упомянутое оборудование, используемое в качестве полезной нагрузки, имеет, как минимум, один из интерфейсов SPI, I2C, UART, USB.

- модульная спутниковая платформа дополнительно может содержать аппаратно-программную систему ориентации и стабилизации, трехосевой блок маховиков и комплект солнечных датчиков на каждой стороне платформы, причем, по меньшей мере, часть солнечных датчиков снабжены собственными импульсными источниками питания.

- спутник-конструктор может содержать планарные электромагнитные катушки, совмещенные с боковыми панелями спутника.

- модульная спутниковая платформа может иметь разъемы с показателями газовыделения TML (total mass loss) не более 1% и CVCM (collected volatile condensable material) не более 0,1%, причем разъемы выполнены с шагом выводов 2 мм, допускающим обжимку проводов вручную, и дополнительно содержат ключ и фиксирующий замок, обладающие ресурсом не менее 1000 циклов установки-извлечения.

- узлы и системы спутника-конструктора могут быть объединены в дублированную бортовую сеть, имеющую шинный тип соединения по спецификации CAN2.0B со скоростью обмена 1 Мбит/с, а система электропитания содержит коммутатор питания, который, помимо внутренних четырех каналов управления системы электропитания, имеет выходы для управления тремя внешними каналами.

- центральный процессор может быть выполнен с возможностью его программирования с помощью языков «С», «С++» и/или «Python» и с возможностью получения исходного кода и компилирования программы непосредственно на нем и/или с возможностью получения программы в сжатом виде.

- модуль УКВ - канала связи может быть выполнен с возможностью взаимодействия загрузчиком центрального процессора, содержащим встроенную программу, для восстановления работы основного программного обеспечения центрального процессора и/или с возможностью частичного выполнения функций центрального процессора для вынужденного восстановления работоспособности спутника в случае нештатной работы программного обеспечения центрального процессора.

Изобретение поясняется чертежами, которые не ограничивают весь объем притязаний данного технического решения и не охватывают все возможные варианты выполнения, а являются лишь иллюстрирующими материалами частного случая выполнения.

На фиг. 1 приведен внешний вид каркаса сборно-разборной спутниковой платформы в сборе;

На фиг. 2 показана рамка (вид сбоку), являющаяся составной частью каркаса;

На фиг. 3 приведен пример одного из частных случаев выполнения спутника-конструктора: размещение модулей в «стэк» при сборке спутника.

На фиг. 4 приведен пример другого частного случая выполнения спутника-конструктора на последних стадиях сборки.

На фиг. 5 приведен пример торцевой платы или панели солнечной батареи с вырезом под солнечный датчик.

На фиг. 6 приведен вариант внешнего вида спутника в сборе.

Спутник-конструктор - учебно-демонстрационная модель содержит в качестве основы модульную спутниковую платформу, предназначенную для формирования узлов и систем спутника космического назначения, с, по меньшей мере: бортовой сетью, соединяющей узлы и системы спутника,

В минимальной конфигурации спутник-конструктор содержит следующие узлы и системы:

- одно программируемое устройство - центральный процессор, представляющий собой одноплатный компьютер, основание (плата) которого выполнена в габаритных размерах не более 68 мм × 32 мм (фактически сравнимых с модулем памяти SO-DIMM), который может работать на библиотеках высокого уровня, как открытых (свободных), так и закрытых.

- модуль управления и связанные с ним модуль УКВ-канала связи и модуль Wi-Fi канала связи;

- модули, образующие систему электропитания, со связанным с ней модулем солнечных батарей. При этом система электропитания и модуль солнечных батарей выполнены с возможностью работы как с батареями на базе кремниевых фотопреобразователей, так и с батареями на базе арсенид-галлиевых фотопреобразователей без изменения настроек системы электропитания.

- сервисный разъем, обеспечивающий доступ к бортовой сети, отладку программируемых устройств через двухпроводной отладочный интерфейс, и подключение внешнего источника питания.

Тем не менее, программируемых устройств в составе космического аппарата может быть более одного, как будет показано ниже.

В одном из частных случаев выполнения сборно-разборная спутниковая платформа состоит из каркаса (см. рис. 1), включающего две боковые несущие рамки, каждая из которых образована (см. рис. 2) двумя вертикальными балками 1 и двумя поперечинами 2, имеющими в продольном направлении П-образный или U-образный участок, таким образом, что на концах указанных участков образованы переходные элементы для крепления с вертикальными балками. Каркас также включает четыре горизонтальные балки 3, установленные между рамками, две сверху и две снизу, в которые посредством резьбового соединения установлены латунные стойки (не показано) для установки модулей космического аппарата, причем упомянутые горизонтальные балки 3 имеют отверстия 4 для скрепления с боковыми несущими рамками каркаса посредством винтового соединения, а соответствующие поперечины каждой рамки направлены П-образными или U-образными участками друг к другу.

Таким образом, в собранном виде расстояние между расстояние между П-образными или U-образными участками поперечин меньше, чем расстояние между переходными элементами (или местами крепления к вертикальным балкам) данных поперечин.

В одном из частных случаев реализации данного устройства (см. рис. 3-5) латунные стойки для установки модулей спутника-конструктора выполнены с возможностью установки модулей, образующих узлы и системы космического аппарата, в «стэк», одна над другой, с отдельными латунными проставками (стойками) 5 между ними, а модульная спутниковая платформа содержит содержит, как минимум, следующие модули, выполненные в виде плат: плату аккумуляторных батарей 6, имеющую четыре выреза под установку аккумуляторных батарей 7, плату системы электропитания 8, материнскую плату 9 с подключенным к ней или размещенным на ней одноплатным компьютером 10, плату модуля УКВ-канала связи 11, плату полезной нагрузки 12, плату антенной системы 13, плату сервисной панели 14 (на фиг. 3 поз. 13-14 условно не показаны), содержащую сервисный разъем, причем указанные платы (за исключением основания (платы) одноплатного компьютера) имеют вырезы по бокам (не показаны) для прокладки кабельной сети. При этом модули солнечных батарей, имеющие фотопреобразователи 15 (см. фиг. 5) с защитными диодами, выполнены в виде плат или панелей с возможностью крепления к каркасу, как минимум, с торцов, посредством винтовых соединений.

На рис. 4 показан один из частных случаев выполнения сборки космического аппарата, при котором панели солнечных батарей располагают как с торцевых поверхностей каркаса, так и с боковых поверхностей; соответствующие платы обозначены поз. 16 и 17.

В любом случае торцевые платы или панели 17 солнечных батарей имеют вырезы 18 для солнечных датчиков (альтернативным наименованием является «датчик ориентации по Солнцу»).

Модуль Wi-Fi канала связи может быть выполнен как в виде отдельной платы (не показана), так и образован конструктивными элементами, размещенными на других платах, например, на материнской плате. И то, и другое выполнение известно из уровня техники

Необходимо обратить внимание, что приведенное на фиг. 3 и на фиг. 4 взаимное расположение плат иллюстрирует один из возможных частных случаев построения устройства, и не ограничивает возможность расположения плат в другом порядке (как и показано на фиг. 4).

Предпочтительно, чтобы бортовая сеть, объединяющая узлы и системы спутника-конструктора, была дублированной и имела шинный тип соединения по спецификации CAN2.0B со скоростью обмена 1 Мбит/с.

Необходимо отметить, что предпочтительными случаями реализации устройства является его выполнение в формате CubeSat.

Альтернативными случаями реализации является выполнение модульной спутниковой платформы с габаритами 100×100×113 мм. или с габаритами 100×100×340 мм.

При габаритах 100×100×340 мм оборудование, используемое в качестве полезной нагрузки, можно разместить в специально выделенном объеме. В зависимости от выполнения спутника, указанный объем может составлять как 89×95×220 мм., так и 89×95×150 мм.

Можно отметить, что габариты спутника в целом совпадают с габаритами спутниковой платформы, однако возможен выход отдельных элементов спутника за пределы указанных габаритов, особенно при функционировании космического аппарата как в земных условиях при демонстрации, так и в космических условиях.

Также в случае выполнения модульной спутниковой платформы с габаритами 100×100×340 мм. возможно дополнительное размещение в ее составе аппаратно-программной системы ориентации и стабилизации, трехосевого блока маховиков и комплекта солнечных датчиков на каждой стороне платформы.

Целесообразно, чтобы оборудование, используемое в качестве полезной нагрузки, имело, как минимум, один из интерфейсов SPI, I2C, UART, USB.

По меньшей мере часть из упомянутых солнечных датчиков может иметь собственный импульсный источник питания.

Однако при любых габаритах, в том числе и указанных выше, в предпочтительном случае реализации модульная спутниковая платформа имеет разъемы с показателями газовыделения TML (total mass loss) не более 1% и CVCM (collected volatile condensable material) не более 0,1%, причем разъемы выполнены с шагом выводов 2 мм, допускающим обжимку проводов вручную, и дополнительно содержат ключ и фиксирующий замок, обладающие ресурсом не менее 1000 циклов установки-извлечения.

При любом выполнении спутника он может содержать планарные электромагнитные катушки (не показаны), совмещенные с боковыми панелями спутника или спутниковой платформы.

Система электропитания, в свою очередь, может включать коммутатор питания, который, помимо внутренних четырех каналов управления системы электропитания, имеет выходы для управления тремя внешними каналами.

Как указывалось выше, центральный процессор, выполненный в виде одноплатного компьютера, имеет возможность использования библиотек высокого уровня. В частности, для его программирования могут быть использованы такие языки программирования, как «С», «С++» и/или «Python» («Си», «Си-плюс-плюс» и/или «Пифон», «Питон»), однако могут быть использованы и иные закрытые и/или открытые языки высокого уровня.

Используемый центральный процессор может быть выполнен с возможностью получения исходного кода и компилирования программы непосредственно на нем, или с возможностью получения программы в сжатом виде.

Предпочтительным выполнением центрального процессора является одноплатный компьютер семейства RaspberryPi, в том числе: RaspberryPiComputeModule СМ1 или RaspberryPiComputeModule СМ3, размеры которых сопоставимы с размерами модулей памяти SO-DIMM.

По умолчанию такой компьютер способен работать и в библиотеках низкого уровня, что фактически позволяет программировать центральный процессор на любом (высоком и/или низком) уровне, что способствует развитию компетенций у лиц, занимающихся составлением программ.

В некоторых частных случаях реализации устройства используемый модуль УКВ-канала связи выполнен с возможностью взаимодействия загрузчиком центрального процессора, содержащим встроенную программу, для восстановления работы основного программного обеспечения центрального процессора.

Используемый модуль УКВ-канала связи может быть также выполнен с возможностью частичного выполнения функций центрального процессора для вынужденного восстановления работоспособности космического аппарата в случае нештатной работы программного обеспечения центрального процессора.

Указанное выше может быть реализовано путем использования в составе модуля УКВ-канала связи программируемого устройства с характеристиками, аналогичными центральному процессору.

Использование изобретения предполагается в два этапа - в земных и в космических условиях.

В земных условиях изобретение спутник-конструктор служит для изучения основ производства космических аппаратов.

Осуществляют сборку спутниковой платформы (при необходимости), и, исходя из назначения или планируемой конфигурации, формируют узлы и системы спутника.

В минимальной конфигурации готовый спутник-контруктор содержит следующие узлы и системы:

- одно программируемое устройство - центральный процессор, представляющий собой одноплатный компьютер, основание (плата) которого выполнена в габаритных размерах не более 68 мм × 32 мм (сравнимых с размерами модулей Спутник-конструктор - учебно-демонстрационная модель, содержащий в качестве основы модульную спутниковую платформу, предназначенную для формирования узлов и систем спутника космического назначения, с, по меньшей мере: бортовой сетью, соединяющей узлы и системы спутника, с, как минимум, одним программируемым устройством - центральным процессором, модулем управления, модулем УКВ-канала связи, связанным с указанным модулем управления, системой электропитания и связанным с ней модулем солнечных батарей, памяти SO-DIMM), который может работать на библиотеках высокого уровня, как открытых (свободных), так и закрытых.

- модуль управления и связанные с ним модуль УКВ-канала связи и модуль Wi-Fi канала связи;

- модули, образующие систему электропитания, со связанным с ней модулем солнечных батарей. При этом система электропитания и модуль солнечных батарей выполнены с возможностью работы как с батареями на базе кремниевых фотопреобразователей, так и с батареями на базе арсенид-галлиевых фотопреобразователей без изменения настроек системы электропитания. Данная возможность может обеспечиваться как программно-аппаратными, так и отдельно программными либо отдельно аппаратными средствами. Целесообразно, чтобы применяемые солнечные батареи и одного, и другого типа имели близкие электрические (нагрузочные) параметры фотоэлектрических преобразователей;

- сервисный разъем, обеспечивающий доступ к бортовой сети, отладку программируемых устройств через двухпроводной отладочный интерфейс, и подключение внешнего источника питания.

Указанные узлы и системы соединяют бортовой сетью.

На любом из этапов сборки осуществляют демонстрацию работы спутника, в том числе используя любой из каналов связи.

На любом этапе сборке или после ее окончания (по мере необходимости) имеется возможность демонстрирования работы узлов и систем спутника по отдельности и и работы спутника в целом для соответствующей целевой аудитории.

После сборки аппарата возможна как его разборка (по меньшей мере, частичная) с возможной заменой элементов или со сборкой другой конфигурации спутника.

В конечном итоге осуществляется дальнейшая подготовка для запуска в космическое пространство.

Этапы проверки работоспособности и испытаний должны осуществляться квалифицированным специалистом, однако это не исключает ограниченного участия целевой аудитории в данных процедурах.

В космических условиях спутник осуществляет штатное функционирование согласно целевому назначению и служит формированию компетенций обучаемых лиц процессам эксплуатации космических аппаратов.

Выполнение платформы сборно-разборной с возможностью многократного выполнения сборно-разборных операций, вместе с другими признаками изобретения, позволяет осуществлять соответствующие операции неоднократно, с минимальным риском повредить модули и без наличия критических ограничений на сборно-разборные операции, а также упрощает доступ к соответствующему комплектующему.

Использование одноплатного компьютера, который может работать как на открытых (свободных), так и на закрытых библиотеках (языках) высокого уровня позволяет осуществить программирование работы космического аппарата на доступном и понятном целевой аудитории (студенты, школьники) языке программирования. Кроме того, возможность работы на библиотеках высокого уровня также не препятствует возможности использования библиотек низкого уровня, что при необходимости позволяет демонстрировать работу спутника на основе программы, составленной на библиотеках низкого уровня.

Указанный признак, кроме того, позволяет использовать довольно распространенные одноплатные компьютеры семейства RaspberryPi, размер платы которого сравним с кредитной карточкой или с модулем памяти SO-DIMM, что, в свою очередь, позволит отказаться от использования специально изготовленного для использования в космическом пространстве центрального процессора.

Снабжение модулем Wi-Fi - канала связи служит, в том числе, целям упрощения работы с системами спутника, и позволит, в частности:

- дублировать УКВ - и проводной каналы связи на этапе изготовления и испытаний;

- организовать отдельный канал связи для демонстрации работы отдельных блоков устройства, когда команды или управляющие воздействия подаются через другой канал связи;

- организовать канал связи с полезной нагрузкой, в том числе при использовании в космическом пространстве;

- организовать возможный канал связи для взаимодействия с другим спутником в космическом пространстве.

Признаки, касающиеся снабжения спутника сервисным разъемом, обеспечивающим доступ к бортовой сети, отладку программируемых устройств через двухпроводной отладочный интерфейс, и подключение внешнего источника питания, позволяют также упростить работу с узлами и системами спутника.

Выполнение системы электропитания и модуля (-ей) солнечных батарей выполнены с возможностью работы как с батареями на базе кремниевых фотопреобразователей, так и с батареями на базе арсенид-галлиевых фотопреобразователей без изменения настроек системы электропитания. Указанный признак позволяет использовать в земных условиях кремниевые фотопреобразователи, а при подготовке к запуску заменить их или установить дополнительно к ним арсенид-галлиевые батареи, использование которых в процессе обучения лучше не допускать.

Указанные выше признаки обеспечивают возможность функционирования спутника в штатном режиме как в земных, так и в космических условиях, и обеспечивают возможность использования устройства для демонстрации этапов разработки космического аппарата.

1. Спутник-конструктор - учебно-демонстрационная модель, содержащий в качестве основы модульную спутниковую платформу, предназначенную для формирования узлов и систем спутника космического назначения, с по меньшей мере бортовой сетью, соединяющей узлы и системы спутника, с по меньшей мере одним программируемым устройством - центральным процессором, модулем управления, модулем УКВ-канала связи, связанным с указанным модулем управления, системой электропитания и связанным с ней модулем солнечных батарей, отличающийся тем, что модульная спутниковая платформа выполнена сборно-разборной с возможностью многократного выполнения сборно-разборных операций, центральный процессор представляет собой одноплатный компьютер, основание которого выполнено в габаритных размерах, не превышающих 68 мм × 32 мм, имеющий возможность работать как на открытых, так и на закрытых библиотеках высокого уровня, дополнительно к модулю УКВ канала связи введен модуль Wi-Fi канала связи, который связан с модулем управления, дополнительно введен сервисный разъем, обеспечивающий доступ к бортовой сети, отладку программируемых устройств через двухпроводной отладочный интерфейс и подключение внешнего источника питания, при этом система электропитания и модуль солнечных батарей выполнены с возможностью работы как с батареями на базе кремниевых фотопреобразователей, так и с батареями на базе арсенид-галлиевых фотопреобразователей без изменения настроек системы электропитания.

2. Спутник-конструктор по п. 1, отличающийся тем, что платформа содержит каркас, включающий две боковые несущие рамки, каждая из которых образована двумя вертикальными балками и двумя поперечинами, имеющими в продольном направлении П-образный или U-образный участок, а также включающий четыре горизонтальные балки, установленные между рамками, две сверху и две снизу, в которые посредством резьбового соединения установлены латунные стойки для установки модулей космического аппарата, причем упомянутые горизонтальные балки имеют отверстия для скрепления с боковыми несущими рамками каркаса посредством винтового соединения, а соответствующие поперечины каждой рамки направлены П-образными или U-образными участками друг к другу.

3. Спутник-конструктор по п. 2, отличающийся тем, что латунные стойки для установки модулей спутника-конструктора выполнены с возможностью установки модулей, образующих узлы и системы космического аппарата, одного над другим, с отдельными латунными проставками между модулями, а модульная спутниковая платформа содержит по меньшей мере следующие модули, выполненные в виде плат: плату аккумуляторных батарей, имеющую четыре выреза под установку аккумуляторных батарей, плату системы электропитания, материнскую плату с подключенным к ней или размещенным на ней одноплатным компьютером, плату модуля УКВ канала связи, плату сервисной панели, содержащую сервисный разъем, плату антенной системы, причем указанные платы имеют вырезы по бокам для прокладки кабельной сети, а модули солнечных батарей, имеющие фотопреобразователи с защитными диодами, выполнены в виде плат или панелей с возможностью крепления к каркасу, по меньшей мере с торцов, посредством винтовых соединений, причем торцевые платы солнечных батарей имеют вырезы для солнечных датчиков.

4. Спутник-конструктор по любому из пп. 1-3, отличающийся тем, что модульная спутниковая платформа имеет габариты 100 мм ×100 мм ×113 мм или габариты 100 мм ×100 мм ×340 мм, причем под оборудование, используемое в качестве полезной нагрузки, выделен объем до 89×95×220 мм3 или до 89×95×150 мм3, при этом упомянутое оборудование, используемое в качестве полезной нагрузки, имеет по меньшей мере один из интерфейсов: SPI, I2C, UART, USB.

5. Спутник-конструктор по любому из пп. 1-4, отличающийся тем, что модульная спутниковая платформа дополнительно содержит аппаратно-программную систему ориентации и стабилизации, трехосный блок маховиков и комплект солнечных датчиков на каждой стороне платформы, причем по меньшей мере часть солнечных датчиков снабжена собственными импульсными источниками питания.

6. Спутник-конструктор по любому из пп. 1-5, отличающийся тем, что содержит планарные электромагнитные катушки, совмещенные с боковыми панелями спутника.

7. Спутник-конструктор по любому из пп. 1-6, отличающийся тем, что модульная спутниковая платформа имеет разъемы с показателями газовыделения TML не более 1% и CVCM не более 0,1%, причем разъемы выполнены с шагом выводов 2 мм, допускающим обжимку проводов вручную, и дополнительно содержат ключ и фиксирующий замок, обладающие ресурсом не менее 1000 циклов установки-извлечения.

8. Спутник-конструктор по любому из пп. 1-7, отличающийся тем, что его узлы и системы объединены в дублированную бортовую сеть, имеющую шинный тип соединения по спецификации CAN2.0B со скоростью обмена 1 Мбит/с, а система электропитания содержит коммутатор питания, который, помимо внутренних четырех каналов управления системы электропитания, имеет выходы для управления тремя внешними каналами.

9. Спутник-конструктор по любому из пп. 1-8, отличающийся тем, что центральный процессор выполнен с возможностью его программирования с помощью языков «С», «С++» и/или «Python» и с возможностью получения исходного кода и компилирования программы непосредственно на нем и/или с возможностью получения программы в сжатом виде.

10. Спутник-конструктор по любому из пп. 1-9, отличающийся тем, что модуль УКВ-канала связи выполнен с возможностью взаимодействия с загрузчиком центрального процессора, содержащим встроенную программу, для восстановления работы основного программного обеспечения центрального процессора и/или с возможностью частичного выполнения функций центрального процессора для вынужденного восстановления работоспособности спутника в случае нештатной работы программного обеспечения центрального процессора.



 

Похожие патенты:

Учебный стенд-тренажер газораспределительного механизма двигателя внутреннего сгорания с возможностью отработки и закрепления навыков выполнения основных видов работ по ремонту и техническому обслуживанию газораспределительного механизма, содержащий каркас, выполненный в виде стулообразной сварной конструкции из квадратной трубы, на котором при помощи штатных болтов неподвижно закреплена комплектная головка блока цилиндров автомобиля ВАЗ с клапанной крышкой.

Предлагаемое изобретение относится к области радиосвязи и направлено на сокращение сроков подготовки специалистов связи. Технический результат предлагаемого изобретения направлен на приобретение специалистами навыков обеспечения связи в сложных условиях, приближенных к реальным, на этапе тренажерного обучения.

Изобретение относится к средствам подготовки оперативного персонала энергетического оборудования, а также персонала, выполняющего ремонт и техобслуживание технологического оборудования, персонала выполняющего настройку и оптимизацию системы управления энергетическим оборудованием (АСУТП).

Предложенное изобретение относится к области технических средств обучения мобильных групп и преимущественно может быть использовано для обучения в области безопасности жизнедеятельности и формирования навыков, необходимых в реальных условиях деятельности спасательных формирований.

Изобретение относится к моделирующим устройствам. Имитатор цели с механическим доворотом содержит антенну-излучатель, основную каретку, установленную на неподвижные направляющие с зубчатой рейкой, приводной электродвигатель с редуктором и приводной шестерней каретки, дополнительную каретку с закрепленной на ней мелкомодульной зубчатой рейкой, деталями приборной передачи.
Изобретение относится к оториноларингогии, в частности к симуляционному обучению эндоскопической хирургии среднего уха. Предложена симуляционная система для освоения навыков эндоскопической тимпанопластики на искусственных физических моделях, выполненных для освоения технических навыков мирингопластики и оссикулопластики ех vivo, отличающаяся тем, что содержит искусственную физическую модель, выполненную из височной кости бараньей головы с анатомо-топографическим соответствием височной кости человека.

Изобретение относится к мостостроению, а именно - к установлению значения пропускной способности мостовых переходов из механизированных мостов военного назначения.

Группа изобретений относится к области медицины и предназначено для предоперационного планирования и проведения тренировочной хирургической операции, а именно лапароскопической нефрэктомии, с использованием трехмерной модели пациента, сгенерированной по данным исследования пациента.

Изобретение относится к средствам подготовки оперативного персонала энергетического оборудования, а также персонала, выполняющего ремонт и техобслуживание технологического оборудования.

Изобретение относится к способу обучения на тренажерах, а именно к обучению действиям при идентификации неизвестных деталей из ядерного материала. В начале обучения составляют базу данных реально существующих деталей из ядерного материала с описанием их геометрической формы и размеров и изготавливают имитаторы деталей, описанных в базе данных.
Изобретение относится к области космической техники, а более конкретно к защите космических аппаратов. Способ защиты космического аппарата от несанкционированного доступа сторонних космических объектов включает обнаружение стороннего космического объекта и защиты от него экраном.
Изобретение относится к экспериментальной космической биологии. Способ включает запуск в космос и последующее возвращение на Землю самцов и самок кролика домашнего в активном состоянии.

Группа изобретений относится к технологиям проведения исследований в космическом пространстве. Способ включает запуск с борта окололунной орбитальной станции (ООС) малого космического аппарата (МКА) на гало-орбиту вокруг одной из точек либрации и, через некоторое время полёта (дрейфа) по этой орбите, возвращение МКА к ООС и его захват роботом-манипулятором станции.

Изобретение относится к космической технике. В способе моделирования процесса удаления космического мусора используют данные по конструкции реального объекта космического мусора (ОКМ), а именно реального нефункционирующего космического аппарата (КА) определенного типа, подлежащего удалению с орбиты, и параметры его орбитального движения.

Изобретение относится к космической технике. Устройство разрушения потенциально опасных космических объектов предназначено для уничтожения космических объектов естественного происхождения: астероидов и метеоритов, и космических объектов техногенного происхождения: космических аппаратов и объектов космического мусора.

Изобретение относится к модульным конструкциям космических аппаратов (КА), преимущественно, малых КА различного назначения. Платформа выполнена на основе силовой конструкции корпуса (СКК) в виде стоек.

Изобретение относится к управлению движением вращающейся связки космических аппаратов (КА). Способ включает переориентацию в пространстве маршевой двигательной установки (МДУ), расположенной в центре вращения связки и связанной тросами с КА.

Изобретение относится к интеллектуальной космической системе для управления проектами. Технический результат заключается в автоматизации управления проектами.

Изобретение относится к робототехнике, а именно к шагающим мобильным роботам, и предназначено для осуществления работ в экстремальных ситуациях, преимущественно в условиях открытого космоса и выполнения задач напланетных миссий.

Изобретение относится к управлению ориентацией космического аппарата (КА) с солнечными батареями (СБ). Способ включает ориентацию первой оси КА на центр Земли путем разворотов относительно второй и третьей осей по информации с прибора ориентации на Землю, а также ориентацию панелей СБ на Солнце путем разворота КА относительно первой оси до совмещения второй оси КА с плоскостью Солнце - КА - Земля по информации с прибора ориентации на Солнце (ПОС).

Изобретение относится к архитектуре информационных спутниковых систем (СС). Каждый космический аппарат (КА) СС связан межспутниковыми радиолиниями (МРЛ) с четырьмя соседними КА и радиолинией с наземным комплексом управления.

Изобретение относится к конструкции и оборудованию малых спутников модульного типа и их моделям, используемым в учебных целях. Спутник-конструктор содержит базовую модульную платформу для формирования узлов и систем СК, бортовую сеть, не менее одного центрального процессора, работающего на библиотеках высокого уровня, модуль управления и связанные с ним модуль УКВ-канала связи и модуль Wi-Fi канала связи, а также служебные системы, допускающие выбор иили замену элементов. Предусмотрен сервисный разъем для доступа к бортовой сети, отладки программируемых устройств через отладочный интерфейс и подключения внешнего источника питания. Технический результат направлен на расширение функциональных и учебно-демонстрационных возможностей СК в космических и земных условиях применения, на повышение унификации и доступности комплектующих СК. 9 з.п. ф-лы, 6 ил.

Наверх