Низкоорбитальный космический аппарат с устройством ориентации по Земле

Заявленная полезная модель относится к области авиакосмического приборостроения, в частности к оптико-электронным приборам (ОЭП) ориентации и навигации космических аппаратов (далее КА), и может найти применение при проектировании бортовых систем автоматического управления КА.
Известны приборы ориентации по Земле, осуществляющие мгновенным полем зрения многократные пересечения горизонта (далее "засечки"); например, прибор с 4-мя "засечками", описанный в книге "Системы ориентации КА", автора В.Н.Васильева, Москва, НЛП "ВНИИЭМ", стр. 29-30, а также в статье "Оценка точности ИК построителей местной вертикали по результатам летных испытаний", авторы Ю.М. Гандлевский и др., журнал "Вопросы электромеханики", №4, 2014 г., стр. 31-38.
Принцип действия и состав известного устройства поясняется фигурой 1. На этой фигуре:
1 - объектив (германиевая линза с фильтром, вырезающим рабочий диапазон спектра от 6 до 20 мкм);
2 - приемник излучения (пироэлектрический болометр);
3 - электродвигатель;
4 - кодовый диск и схема формирования командных импульсов;
5 - сканирующее зеркало;
6 - плоские неподвижные зеркала (показаны 3 из 4-х);
7 - датчики Солнца (показаны 3 из 4-х);
8 - вычислительный блок.
В известном устройстве малое поле зрения, сформированное объективом 1 и приемником 2, при работе электродвигателя 3, на валу которого укреплены кодовый диск схемы формирования командных импульсов 4 и сканирующее зеркало 5, сканирует внутри прибора по конусу, ось которого в ориентированном положении совпадает с местной инфракрасной (далее РЖ) вертикалью. Система из 4-х неподвижных плоских зеркал 6 преобразует этот конус в 4 "засечки" ИК горизонта, показанные на фигуре 2.
На этой фигуре:
уст
уст
Ф - устанавливаемый угол визирования (угол между осью устройства и центром поля зрения) для середины "засечки", Ф=75° для высоты полета 250 км;
макс
Ф=75° - максимальный угол визирования.
В каждой из "засечек" по разности поступления командных импульсов от схемы 4 и переднего фронта рабочих импульсов от приемника 2 измеряется угол между направлением на край диска Земли и осью устройства. По результатам 4-х замеров в вычислительном блоке 8 определяются углы отклонения оси устройства от местной вертикали по каналам тангажа и крена КА. Для защиты устройства от ложных измерений при засветке его поля обзора солнечным излучением используются 4 статических датчика Солнца 7, поля зрения которых перекрывают с достаточным запасом поля обзора 4-х "засечек" (см. фигуру 2); при попадании Солнца в поле любого из этих датчиков устройство отключается от управления и КА переходит на управление от других приборов, например, звездных датчиков или гироскопов.
уст
Недостатком известного устройства является сложность его размещения на современных малых КА в связи с тем, что из-за высокой чувствительности в дальней ИК области спектра необходимо обеспечить отсутствие элементов конструкции КА во всей его зоне обзора. Это особенно сложно осуществляется на низкоорбитальных КА, у которых велики углы визирования на край горизонта, совмещаемые с серединой "засечек" (Ф). Так, при высоте полета 250 км угол визирования на край Земли равен 75°. При величине "засечек" ~ 40° угол визирования нижнего края "засечек" составит 95°. Следовательно, для размещения на КА такому устройству требуется выдвигаемая опора, что усложняет его конструкцию.
Техническим результатом заявленной полезной модели является усовершенствование устройства ориентации по Земле, которое позволяет упростить размещение устройства на низкоорбитальном КА без необходимости использования выдвижной опоры, что позволяет снизить массу и упростить конструкцию КА, на котором размещается данное устройство.
доп
Для решения поставленной задачи (см. фигуру 3) на корпусе КА устанавливаются дополнительные зеркала 9, отклоняющие нижнюю часть каждой "засечки", расположенную в космосе при углах визирования более 90° в направлении нижней части соседней "засечки", при углах визирования Ф≈80°±2° (см. фигуру 4). Так как в процессе сканирования поле зрения устройства все время остается в космосе, форма рабочих импульсов и работа устройства при этом не искажается. Кроме того, так как отражаемый дополнительным зеркалом 9 участок "засечки" попадает в поле устройства соседней "засечки", он защищен полем обзора датчика Солнца, перекрывающего поле этой "засечки".
Сущность изобретения поясняется фигурами 3 и 4. На этих фигурах:
1 - 8 - элементы конструкции известного устройства, показанные на фигуре 1;
9 - дополнительное зеркало;
α - угол плоскости дополнительного зеркала 9 с осью Z, совпадающей с осью устройства;
β - угол между координатной плоскостью XOZ и плоскостью дополнительного зеркала 9.
макс
При работе устройства формируется внутриприборный конус сканирования, который преобразуется неподвижными плоскими зеркалами в "засечки" ИК горизонта Земли. Дополнительное зеркало 9, установленное на корпусе КА, перехватывает нижнюю часть "засечек" и направляет ее в направлении поля обзора соседних "засечек". Положение дополнительного зеркала 9 в системе координат устройства определяется углом α плоскости зеркала 9 с осью Z, совпадающей с осью устройства, и углом β поворота плоскости зеркала 9 относительно координатной плоскости, содержащей центр соответствующей "засечки". Углы α и β выбираются таким образом, чтобы поле обзора дополнительного зеркала располагалось в пределах поля обзора соседней "засечки", причем при углах визирования ~ 80°±2°. Максимальные углы визирования всего устройства при этом не превышают Ф<90°. Это позволяет разместить устройство на низкоорбитальном КА без использования выдвижной опоры, что упрощает конструкцию самого КА.