КОСМИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ, 2014, том 52, № 5, с. 408-414
УДК 629.78:522.59
ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ ОГРАНИЧЕНИЯ НА ОРИЕНТАЦИЮ БОРТОВЫХ И НАЗЕМНЫХ СРЕДСТВ В ПРОЕКТЕ "РАДИОАСТРОН"
© 2014 г. С. М. Войнаков1, Е. Н. Филиппова1, А. И. Шейхет1, В. Е. Якимов2
1НПО им. С.А. Лавочкина, г. Химки 2Астрокосмический центр Физического института им. П.Н. Лебедева РАН, г. Москва
yakimov@asc.rssi.ru Поступила в редакцию 16.12.2013 г.
В статье рассматриваются функциональные ограничения на ориентацию бортовых систем космического радиотелескопа, станций приема научной информации и наземных радиотелескопов в проекте "РадиоАстрон". Детально обсуждаются ограничения, важные для практических задач планирования наблюдений с наземно-космическим радиоинтерферометром. Приведен алгоритм расчета углов привода остронаправленной антенны, учитывающей технологические ограничения на возможности ее пространственной ориентации.
БО1: 10.7868/80023420614050124
1. ВВЕДЕНИЕ
Радиоинтерферометр "РадиоАстрон" проекта Спектр-Р создан для проведения астрономических наблюдений галактических и внегалактических радиоисточников. Интерферометр состоит из наземного и космического сегментов. Наземный сегмент представлен наземными радиотелескопами, как одиночными инструментами, так и в составе глобальных радиоинтерферометриче-ских сетей. Космический сегмент состоит из космического радиотелескопа на борту спутника и наземных станций приема научной информации. Дополнительно к обоим сегментам в работе интерферометра участвуют наземные средства управления и станции лазерной дальнометрии для уточнения баллистических расчетов.
Для правильной и эффективной работы всех элементов интерферометрической системы необходимо, чтобы в течение наблюдений выполнялся определенный набор условий на ориентацию космического телескопа и других устройств на борту спутника, а также связанных с ними наземных средств поддержки. Детально эти условия изложены в "Протоколе функциональных ограничений на ориентацию бортовых и наземных средств проекта "РадиоАстрон"" (Ы-tp://www.asc.rssi.ru/radioastron/documents/con-81г/рго1бу_ги.рё1).
Учет ограничений при планировании наблюдений с интерферометром "РадиоАстрон" является наиважнейшей задачей. Хорошей иллюстрацией специфики проекта "РадиоАстрон", опре-
деляемой данными ограничениями, являются результаты расчета и выбора оптимальной орбиты по критерию эффективности научных иссле-1
дований , полученными в 2011 году перед запуском космического телескопа. Согласно результатам проведенного анализа благоприятные условия для проведения интерферометрических наблюдений с космическим телескопом возникают в период с сентября по май.
2.СИСТЕМЫ КООРДИНАТ КОСМИЧЕСКОГО ТЕЛЕСКОПА
Положение исследуемого источника на небесной сфере однозначно задается координатами в экваториальной системе координат — прямым восхождением а и склонением 8.
Ограничения на ориентацию космического телескопа в пространстве сформулированы в Протоколе для систем координат, связанных с космическим аппаратом и различными устройствами на его борту, в том числе радиоастрономической 10-метровой антенной, направленной во время наблюдений на исследуемый источник, и 1.5-метровой антенной, используемой для передачи научной информации на специальные наземные станции. В задачах планирования геоцентрические координаты исследуемого источника, Солн-
1 Якимов В.Е., Попов М.В., Литовченко И.Д., Шейхет А.И.
Выбор оптимальной орбиты по критерию эффективности научных исследований в соответствии с окном запуска // Научно-технический отчет. АКЦ ФИАН, 2011.
ца и Луны, преобразуются к системе координат космического телескопа. Затем выполняется анализ, в какой степени положения Солнца и Луны на небесной сфере в момент наблюдения исследуемого источника удовлетворяют сформулированным в Протоколе ограничениям. Данный пример приведен только как один из случаев многочисленных процедур, которые приходится выполнять, прежде чем принять решение, что избранный радиоисточник можно наблюдать в заданную дату.
Системы координат (СК) космического аппарата, для которых сформулированы ограничения в Протоколе, по определению являются ортогональными и правыми. Базовая система координат ХХУХ связана с КА. Начало ее расположено в плоскости стыка базового модуля "Навигатор" с переходной фермой [1]. Ось X направлена перпендикулярно плоскости стыка с переходной фермой. Положительное направление оси X — в направлении электрической оси антенны космического
радиотелескопа (КРТ). Ось Y параллельна оси вращения панелей солнечной батареи, положительное направление — в сторону правой панели, если смотреть на космический аппарат со стороны расположения звездных датчиков бортового комплекса управления.
Визирная система координат XBYBZB реализуется контрольными элементами, установленными на антенне КРТ. Одноименные оси базовой и визирной СК в номинальном положении взаимно параллельны и совпадают по направлению.
С каждым звездным датчиком бортового комплекса управления (БКУ), а также приводом остронаправленной антенны (ОНА) связана своя приборная система координат XqYqZq, которая реализуется его посадочным местом (см. рис. 1, на котором показано расположение приборных СК датчиков ориентации и привода ОНА относительно визирной СК).
На Земле производятся обмеры углового положения приборных СК по отношению к положению визирной СК. Матрицы, соответствующие результатам обмеров, вводятся в БКУ. Наведение КРТ на исследуемые источники обеспечивается заданием с Земли кватерниона ориентации визирной СК относительно инерциальной СК. При контроле засветок Солнцем, Землей и Луной (см. ниже) отклонениями визирной СК от номинального углового положения относительно базовой СК допустимо пренебречь.
3.ОГРАНИЧЕНИЯ НА ОРИЕНТАЦИЮ КА
Полный список ограничений приведен в Протоколе. Некоторые из них, хотя и относятся к различным бортовым устройствам, дублируют друг друга. Ниже обсуждаются только ограничения, которые определяют условия доступности для наблюдений исследуемого источника интерферометром "РадиоАстрон" в заданную дату.
Ограничения по служебным системам космического аппарата
3.1. Система обеспечения теплового режима:
угол между осью +Х и направлением на центр диска Солнца должен лежать в диапазоне 90—165° в полуплоскости X0Z (+Z), выход вектора центра диска Солнца из плоскости X0Z не должен превышать ±10°. Значения приведенных углов могут уточняться в процессе летных испытаний.
3.2. Система энергоснабжения (солнечная батарея): угол между направлением с космического аппарата на центр диска Солнца и нормалью к плоскости панелей солнечной батареи не должен превышать 10°. Условие выполнения этого ограничения: выход вектора КА — центр диска Солнца из плоскости X0Z не должен превышать ±10°.
Примечание. Панели солнечной батареи могут вращаться вокруг оси Y, минимизируя угол между направлением с космического аппарата на центр диска Солнца и нормалью к плоскости панелей солнечной батареи.
3.3. Звездный прибор АД-1 (1, 0, 2): в состав бортового комплекса управления входят три звездных датчика: АД-1-1, АД-1-0 и АД-1-2. В номинальном положении оси двух звездных датчиков АД-1-1 и АД-1-2 расположены в полуплоскости, отвернутой от полуплоскости Y0Z (—Z) на угол 15° вокруг оси Yв сторону оси —X, под углом 45° к осям — Yи Yсоответственно, отсчет в сторону оси —Z. Ось третьего звездного датчика АД-1-0 расположена в плоскости X0Z и отвернута от оси —Xна 30° в сторону оси — Z В штатном режиме используются два звездных датчика. Угол между
осью каждого из двух рабочих звездных датчиков и мешающим небесным телом должен превышать: для Солнца — 40° (по центру); для Луны — 13° (по ближайшему краю); для Земли — 25° (по ближайшему краю).
Примечание. При формировании программы исследований во время полета выбор рабочих звездных датчиков должен производиться из числа разрешенных к использованию и с учетом приведенных в данном протоколе ограничений.
3.4. Остронаправленная антенна "борт — Земля" (ОНА): в приводе ОНА реализованы приборная (ПСК) и подвижная (ПдСК) правые системы координат. ПСК (XПYПZП) привода реализована посадочной плоскостью, посредством которой привод устанавливается на КА, и системой классных отверстий конструкции привода. Номинальное угловое положение ПСК привода ОНА относительно базовой СК определяется углами FX, FY, FZ, которые отчитываются следующим образом: после совмещения осей ПСК привода с одноименными осями базовой СК производятся последовательные развороты ПСК на углы FX, FY, FZ вокруг осей XП, YП, ZП соответственно. Положительному углу соответствует вращение против часовой стрелки при наблюдении с положительного направления соответствующей оси ПСК. Значения углов для номинального углового положения ПСК привода ОНА: FX = 0°, FY = -162.5°, FZ = 0°. ПдСК (XПдYПдZПд) привода связана с выходным фланцем привода ОНА. Привод обеспечивает развороты ПдСК относительно ПСК на заданные углы: у — вокруг оси YП и 9 — вокруг оси ZПд1 (см. рис. 2). При нулевых углах привода (у = 9 = 0) одноименные оси ПСК и ПдСК в номинальном положении взаимно параллельны и совпадают по направлению.
За положительное направление вращения привода вокруг осей YП и ZПд1 принимается вращение против часовой стрелки, если смотреть с положительного направления оси YП и ZПд1, соответственно. допустимый диапазон углов поворота привода: по углу у — от —73 до 90°; по углу 9 — от —90 до 90°.
ОНА устанавливается жестко на выходном фланце привода антенны таким образом, что ее ось в номинальном положении при нулевых углах привода отклонена от оси +ХП приборной СК на угол 12.5° в плоскости XП0ПZП в сторону оси —ZП приборной СК. Во время полета угловое положение оси ОНА на выходном фланце привода может уточняться по результатам проводимых операций юстировки ОНА. действительное угловое поло-
Рис. 2
жение электрической оси определяется двумя углами 8ю1 и 8Ю2-
Эти углы при у = 9 = 0 отсчитываются следующим образом: 8ю1 — угловое отклонение электрической оси ОНА от плоскости ХП0ПУл. Положительное направление отсчета в сторону оси — Zn; 8ю2 — угловое отклонение проекции электрической оси ОНА
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.