КОСМИЧЕСКИЙ АППАРАТ ДЛЯ РЕГИСТРАЦИИ ЧАСТИЦ КОСМИЧЕСКОГО МУСОРА И МИКРОМЕТЕОРОИДОВ

Полезная модель относится к области космического приборостроения и может быть использовано для сбора данных о параметрах движения космических объектов - частиц космического мусора и микрометеороидов.
Известно устройство, содержащее два или более телескопа, находящихся в разных районах Земли, с помощью которого производится регистрация параметров движения космических тел:
1. Столкновение в околоземном пространства (космический мусор). Сб. научных трудов / Под ред. А.Г. Масевич: Космоинформ, 1995, 211 с);
2. Василенко Г.И. Голографическое опознавание образов М.: Советское радио, 1977, с. 282-283.
Указанные устройства используются в наземных условиях. Наиболее близким решением является детектор (патент на полезную модель №58695. 27.11.2006, Бюл. №33, МПК G01C 3/00)
Недостатком устройства является отсутствие возможности регистрации одиночных объектов на больших расстояниях от космического аппарата.
В качестве прототипа выбрано УСТРОЙСТВО РЕГИСТРАЦИИ ЧАСТИЦ КОСМИЧЕСКОГО МУСОРА И МИКРОМЕТЕОРОИДОВ (патент RU 2454628 C1. 27.06.2012, Бюл. №18, МПК G01C 3/00, G01C 21/24). Устройство состоит из двух, разнесенных в пространстве на базовую длину видеокамер (оптических блоков), смонтированных вдоль одной линии согласно изобретению, состоящее из двух оптических блоков, содержащих объективы с ПЗС-матрицами и блендами, соединенных между собой развертываемой телескопической штангой, вокруг которой расположен цилиндр в виде пленочной структуры металл-диэлектрик-металл, в одном из оптических блоков установлен баллон с химическим отвердителем,
соединенный с пьезоэлектрическим натекателем, каждый из оптических блоков снабжен магнитной системой управления в виде магнитометра и трех электромагнитов, расположенных относительно друг от друга взаимно-перпендикулярно, а также солнечным датчиком, GPS-приемником, фотодиодами, расположенными на боковых поверхностях и бортовым компьютером, причем каждый из оптических блоков соединен с двумя солнечными батареями. Телескопическая штанга механически соединена с двумя оптическими блоками диэлектрическими прокладками, причем она находится под отрицательным потенциалом, к внутренней обкладке пленочной структуры металл-диэлектрик-металл приложен положительный потенциал по отношению к ее внешней заземленной обкладке, верхняя обкладка структуры металл-диэлектрик-металл имеет продольный разрыв по всей ее длине, разделяющий структуру на две равные части, причем обе ее половины механически соединены с ПЗС-матрицами, а на внешних поверхностях пленочных структур установлены датчики температуры, соединенные с бортовым компьютером, причем телескопическая штанга и пленочные структуры соединены с усилителем напряжения и заряда.
Недостатком прототипа является малая площадь для регистрации ударяющих высокоскоростных микрометеороидов и частиц космического мусора.
Поставлена задача - увеличение площади датчика для регистрации микрометеороидов и частиц космического мусора.
Поставленная задача достигается тем, что космический аппарат для регистрации частиц космического мусора и микрометеороидов состоит из двух, разнесенных в пространстве на базовую длину оптических блоков с видеокамерами, ориентированными вдоль одной из осей космического аппарата и включающие в себя объективы с ПЗС-матрицами и блендами, причем оптические блоки соединены друг с другом раздвижной телескопической штангой, в одном из оптических блоков установлен баллон с химическим отвердителем, соединенный с пьезоэлектрическим натекателем, каждый из оптических блоков снабжен магнитной системой управления в виде магнитометра и трех электромагнитов, расположенных относительно друг от друга взаимно-перпендикулярно, а также солнечным датчиком, GPS-приемником, фотодиодами, расположенными на боковых поверхностях и бортовым компьютером, согласно изобретению на одном из оптических блоков установлен пленочный датчик, к которому жестко прикреплены направляющие пленочного датчика, соединенные с блоком развертки пленочного датчика, а в другом оптическом блоке установлены солнечные батареи и электроды для сбора ионов, которые соединены с блоком питания и усилителями заряда и напряжения.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где на Фиг. 1 изображено устройство в рабочем состоянии, на Фиг. 2 - устройство в нераскрытом состоянии (перед отстыковкой от космического аппарата или ракетоносителя).
На Фиг. 1 показано устройство, содержащее два оптических блока 1 и 2, два объектива с ПЗС-матрицами (λ=0,3-0,6 мкм) и блендами 3 и 4, электромагниты 5 магнитной системы управления, солнечные батареи 6, электроды для сбора ионов 7, телескопическая раздвижная штанга 8, баллон с химическим отвердителем 9, фотодиоды 10, солнечный датчик 11, GPS-приемник 12, передатчик 13, антенна передатчика 14, бортовой компьютер 15, датчики температуры 16, источник питания 17, ПЗС-матрицы 18 и 19, усилители напряжения и зарядов 20, 21 и 22, магнитные датчики 23, пленочный датчик 27, блок развертки пленочного датчика 28, направляющие пленочного датчика 29.
Устройство в начальном нераскрытом состоянии, показанное на Фиг. 2 содержит преобразователь сигналов 24, блок электроники магнитной системы управления 25, преобразователь сигналов с фотодиодов 26 с фотодиодов 10, бортовой компьютер 15, магнитные датчики 23, солнечная батарея в сложенном состоянии 6, цилиндр пленочной структуры металл-диэлектрик-металл 7 в сложенном состоянии, телескопическая раздвижная штанга 8, баллон с химическим отвердителем и электромагнитным клапаном 9, солнечный датчик 11, приемник GPS 12, пленочный датчик 27, блок развертки пленочного датчика 28, направляющие пленочного датчика 29.
После вывода устройства в космическое пространство с помощью телескопической штанги происходит выдвижение блоков 1 и 2 на расстояние, равное базе L (~5 м). Далее осуществляется выдвижение оптических систем с блендами 3 и 4. Включается магнитная система управления, содержащая в качестве исполнительных элементов электромагниты магнитной системы 5, после чего производится раскрытие солнечных батарей 6 и включается блок развертки пленочного датчика 28, который развертывает направляющие пленочного датчика 29, которые разворачивают пленочный датчик 27. Пленочный датчик выполнен из майларовой пленки (металл-диэлектрик-металл) с толщиной 30-40 мкм. Он разворачивается совместно с раздвижением телескопической штанги 8.
На гранях блоков регистрации частиц космического мусора 1 и 2 установлены фотодиоды 10, с помощью которых проводится оценка пространственного положения устройства совместно с солнечным датчиком 11, GPS-приемником 12 и исполнительными органами 5 магнитной системы ориентации. Для обработки, передачи информации в устройстве введены передатчик 13, его антенна 14, бортовой компьютер 15, термодатчики 16. Таким образом, после раздвижения блоков 1 и 2, раскрытия солнечных батарей 6 устройство готово к работе, то есть осуществляется первоначальная ориентация устройства в гравитационном поле Земли с помощью указанных обслуживающих систем.
На основе данных навигационного GPS-приемника 12, солнечного 11 и магнитных датчиков 13 (Фиг. 2), с помощью формирования соответствующих токов в электромагниты 5 магнитной системы ориентации производится более точная ориентация по трем пространственным осям. Устройство ориентируется таким образом, чтобы солнечный свет не засвечивал видеокамеры, но попадал на солнечные батареи для подзарядки систем питания.
Космический аппарат для регистрации частиц космического мусора и микрометеороидов может быть ориентировано относительно осей х и у, таким образом видеокамеры могут сканировать в пространстве.
Регистрация частиц космического мусора (космических объектов) производится следующим образом. Свет (солнечный или от дополнительного источника в случае мелких низкоскоростных частиц в окрестности устройства- малого космического аппарата), отраженный от объекта, попадает на чувствительные элементы (ПЗС-матрицы 18 и 19) видеокамер, видеосигнал с которых обрабатывается в бортовом компьютере 4 (Фиг. 2). Сигнал с видеокамер содержит в себе информацию о размере объекта (частицы) в виде яркости ее изображения, а также о его положении в плоскости изображений данной камеры в виде координат сигнала на площадном чувствительном элементе (угловое положение частицы относительно видеокамеры).
В бортовом компьютере 15 на основе изображений двух камер (при известном расстоянии между камерами L - стереобазе) восстанавливаются трехмерные координаты частицы. Базой устройства является телескопическая штанга 8. Чем больше расстояние между блоками 1 и 2, тем выше дальность работы устройства. Путем съемки исследующих кадров и их обработки получается последовательность трехмерных кадров движения частиц. При использовании прогнозных алгоритмов количество обрабатываемых кадров резко сокращается (на порядок и более), что позволяет сократить потребности устройства в вычислительной мощности и увеличивает быстродействие.
Для ориентации устройства по вектору магнитного поля Земли сигналы с магнитных датчиков 23 (Фиг. 2) поступают в блок электроники. Для определения углового положения устройства относительно Солнца сигналы с солнечного датчика 11 через преобразователь сигналов 24 (Фиг. 2) поступают на блок электроники 25 магнитной системы управления и его выходы - на бортовой компьютер 15. Сигналы с фотодиодов 10 поступают на блок -преобразователь сигналов 24 и далее с его выхода на бортовой компьютер 15. Обработка этих сигналов позволяет уточнить пространственное положение устройства.
Регистрация параметров микрометеороидов производится следующим образом. В качестве мишени при регистрации микрометеороидов в устройстве используется пленочный датчик 27 (Фиг. 1) в виде структуры металл-диэлектрик-металл (МДМ), на которую от источника постоянного напряжения подается  - 100 В, (внешняя обкладка структуры заземлена), а на электроды для сбора ионов подается напряжение - 300 В. При пробое МДМ-структуры микрометеороидом или частицей космического мусора образуется импульс усиливаемый усилителем напряжения и зарядов 20. Образовавшиеся при ударе ионы регистрируются с помощью электродов для сбора ионов 7.
Для контроля температуры на пленочных структурах установлены термодатчики 16. За счет использования пленочного датчика 27 и электродов для сбора ионов 7 можно получить большие площади для регистрации микрометеороидов и частиц космического мусора.