Принципы обеспечения навигации и управления КА дальнего

Принципы обеспечения
навигации и управления КА
дальнего космоса
Н.А. Эйсмонт, И.C. Ильин, А.Г. Тучин,
А.А. Ледков.
Семинар: «Наземные средства для обеспечения перспективных
научных космических проектов – проблемы и перспективы»
Город Таруса, 4-8 июля 2011г
Космические проекты
Фобос-Грунт.
Луна-Глоб: посадка на Северный полюс Луны.
Луна-Ресурс: посадка на Южный полюс Луны.
Спектр-РГ: полёт к точке L2 системы Солнце –
Земля.
Венера-Д: доставка субспутника и спускаемых
аппаратов для посадки в район Северного и
Южного полюсов.
Лаплас: полет к Юпитеру (посадка на Европу).
Полет к астероиду.
2
Наземные станции
траекторных измерений
• Уссурийск: Наземный радиотехнический комплекс
«Фобос» в X-диапазоне на базе антенны П2500(70м).
• Медвежьи Озера: Станция слежения «Кобальт» в
X-диапазоне на базе антенны ТНА-1500(64м) и
станция «Спектр-Х» на базе антенны ТНА57(12м).
• Евпатория: Планетный локатор на базе антенны П2500(70м).
• Байконур: Cтанция «Спектр-Х» на базе антенны
ТНА-57(12м).
3
НРТК «Фобос» на базе антенны
П-2500(70м) в Уссурийске
X-диапазон 7.2 / 8.4 ГГц
Дальность:
от 2 до 400 млн. км
Измерения радиальной скорости в запросных и беззапросных режимах.
Предельные ошибки измерений без учета ошибок, обусловленных средой
распространения:
- по радиальной скорости: 0.5 мм/с;
- по наклонной дальности: 20 м.
4
Станция слежения НРТК «КобальтМ-ФГ» на базе антенны ТНА-1500
Характеристики аналогичны характеристикам НРТК «Фобос».
5
Модернизированная система управления АС
на базе аппаратуры фирмы «Siemens»
АС ТНА-1500
Управляемый контррефлектор и
многодиапазонный облучатель
Оптические датчики АЗ и УМ
РУ 6 КВ
НИИТЦ «Центр космической
связи
«Медвежьи Озера»
Аппаратная наведения АС
Модернизирована электрощитовая
азимутальной кабины
6
Антенна ТНА-57
Серийная полноприводная 12метровая антенна производства
ОКБ МЭИ.
На Байконуре используется как
солнечный радиотелескоп.
7
АС ТНА-57 «Спектр-Х»
Система управления АС на базе
аппаратуры фирмы «Siemens»
Пульт управления
РПУ «Спектр-Х»
от 20 Вт до 5 кВт
TT&C процессор CORTEX CRT-XL
МШУ с конвертором
«Спектр-Х»»
Конвертор L/70 и 70/L
КИС «Спектр-Х» Х- диапазона в стандарте CCSDS
с рабочими дальностями
8
200 км – 2 млн. км на базе АС для управления КА Индии
Опыт полетов, реализованных в
США
Рассмотрим проекты:
• «Кассини» (полет в систему Юпитера),
• «Новые горизонты» (полет в систему
Плутон-Харон, 32 АЕ),
• «Пионер-10, -11» (полет за пределы
Солнечной системы).
9
Проект «Кассини»
15.10.1997
старт с Земли
26.04 1998 г
гравитационный манёвр у Венеры.
24.06 1999 г
гравитационный манёвр у Венеры.
18.08 1999 г
гравитационный манёвр у Земли.
30.12 2000 г
гравитационный манёвр у Юпитера.
01.07 2004 г
достижение сферы действия
Сатурна.
посадка СА «Гюйгенс» на
поверхность Титана.
14.01 2005 г.
10
Полет КА «Кассини» в сфере
действия Сатурна
Проекция траектории полета КА «Кассини» на экваториальную
плоскость Сатурна. Интервал времени с 01.10.2007 по 01.07.2008 г.
11
Проект «Новые Горизонты»
• КА «Новые горизонты» предназначенная для
изучения Плутона и его естественного спутника
Харона. Запуск осуществлён 19 января 2006, с
пролётом у Юпитера в 2007 и прибытием к
Плутону в 2015. Пролетев мимо Плутона,
аппарат, возможно, изучит ещё какой-нибудь
объект пояса Койпера. Полная миссия рассчитана
на 15-17 лет.
• КА «Новые горизонты» покинул окрестности
Земли с самой большой из всех космических
аппаратов скоростью. В момент выключения
двигателей она составила 16,21 км/сек.
12
Изображение КА «Новые
Горизонты»
13
Космические аппараты «Пионер-10»
и «Пионер-11»
14
Аномалии пионеров
Невязки между расчетными и измеренными значениями радиальной
скорости КА «Пионер-10». По оси абсцисс время в сутках от 1 января 1987
г. По оси ординат значение невязки в мм/с.
15
Требования к точности траекторных
измерений
• Численный анализ показал, что величина
погрешности на траекториях, предусмотренных
проектом «Фобос-Грунт», составляет:
• Для перелетной траектории до 0.1 мм/сек, для
орбиты искусственного спутника Марса до 2 мм/сек.
На интервале сеанса измерений протяженностью до
10 минут погрешность будет иметь характер
систематической ошибки.
16
Требования к точности
траекторных измерений
Тип измерений
Предельная ошибка измерений
учета среды распространения
В ближайшей
перспективе
Наклонная дальность
20 м
0.2 мм/c
Запросные доплеровские
измерения радиальной
скорости
Беззапросные доплеровские
измерения радиальной
скорости
Доплеровские измерения по
схеме трехпутевого доплера
РСДБ измерения
без
При дальнейшем
развитии
5м
0.05 мм/c
без 0.1
мм/c без
учета
ухода
учета
ухода
бортового ЗГ
бортового ЗГ
0.5
мм/c
0.1 мм/с
0.025 мм/с
3 временные
1.5 временных17
наносекунды
наносекунд
Траектория перелета КА проекта СРГ в окрестность
Cолнечно-Земной точки либрации L2
18
Траектория перелета КА проекта СРГ в окрестность
Cолнечно-Земной точки либрации L2
19
Траектория перелета КА проекта СРГ в окрестность
Cолнечно-Земной точки либрации L2
20
Траектория перелета КА проекта СРГ в окрестность
Cолнечно-Земной точки либрации L2
21
L2
Северный старт
Южный старт
L1
22
Russian industrial facilities and ground control stations network.
23
Cosmonaut Yuriy Gagarin seaborne station
Five brand-new ships joined the command
and control
fleet in 1967:
• Cosmonaut Vladimir Komarov
• Kegostrov
• Morzhovets
• Nevel
• Borovichi
24
AIRBORNE STATIONS
25
Map of Deep Space Station Network
26