Применение програмно-аппаратных моделей для динамических испытаний систем ориентации и стабилизации космических аппаратов на комплексном моделирующем стенде

Рис. 2. Результаты подмоделировния в сравнении в общим анализом волновода на прочность

В качестве заключения хотелось бы отметить, что применение подмоделирования не ограничивается только уточнённым расчетом напряжений, в данный момент идёт разработка систем по декомпозиции и симплификации (упрощению) расчетной модели. Также уже имеются решения по так называемому связанному подмоделированию [3], которое направлено на параллельный расчет модели и подмодели с использованием двух вычислительных центров. Показанный пример наглядно демонстрирует необходимость применения подмоделирования при расчете ответственных элементов конструкции.

Библиографические ссылки

1. Особенности расчета на прочность паяных конструкций волноводно-распределительных систем космических аппаратов связи / П. Н. Сильченко, И. В. Кудрявцев, Н. А. Тестоедов и др. // Проблемы машиностроения и автоматизации. 2008. № 2. С. 55-62.

2. Банников Д. О., Гуслистая А. Э. Корректировка результатов расчета напряжений по МКЭ методом HSS // Наука и прогресс транспорта. Вестник Днепро-петров. нац. ун-та железнодорожного транспорта. 2011. № 38. С. 134-141.

3. Ultra-large scale fracture mechanics analysis using a parallel finite element method with submodel technique. / A. Koichiro, Y. Kaworu, O. Hiroshi and other // Finite Elements in Analysis and Design. 2015. № 105. C. 44-55.

References

1. Sil'chenko P. N., Kudrjavcev I. V., Testoedov N. A. and others. [Features of the calculation of the strength of soldered constructions waveguide- distribution systems of space communication devices] // Engineering and automation problems. 2008. № 2. P. 55-62.

2. Bannikov D. O., Guslistaja A. Je. [Correcting Accounting Results Of Tensions Using Fem By Hss Method] // Science and Transport Progress. Bulletin of Dnipropetrovsk National University of Railway Transport. 2011. № 38. P. 134-141.

3. Koichiro A., Kaworu Y., Hiroshi O. and other [Ultra-large scale fracture mechanics analysis using a parallel finite element method with submodel technique] // Finite Elements in Analysis and Design. 2015. № 105. P. 44-55.

© CrnKHHa H. A., 2016

УДК 629.78.018.3

ПРИМЕНЕНИЕ ПРОГРАМНО-АППАРАТНЫХ МОДЕЛЕЙ ДЛЯ ДИНАМИЧЕСКИХ ИСПЫТАНИЙ СИСТЕМ ОРИЕНТАЦИИ И СТАБИЛИЗАЦИИ КОСМИЧЕСКИХ АППАРАТОВ НА КОМПЛЕКСНОМ МОДЕЛИРУЮЩЕМ СТЕНДЕ

*Д. Е. Синицкий, Ю. И. Тычкина, С. А. Дернов, Е. Н. Якимов

АО «Информационные спутниковые системы» имени академика М. Ф. Решетнёва» Российская Федерация, 662972, г. Железногорск Красноярского края, ул. Ленина, 52

*Е-таП: sderespect@gmail.com

Рассматриваются основные принципы динамических испытаний систем ориентации стабилизации (СОС) на комплексе моделирующих стендов с использованием программно-аппаратных моделей приборов СОС. Описаны основные преимущества комплекса.

Ключевые слова: система ориентации и стабилизации, динамические испытания, спутник, программно-аппаратная модель.

<Тешетневс^ие чтения. 2016

APPLYING SOFTWARE-HARDWARE MODELS FOR DYNAMIC TESTS OF SATELLITE ATTITUDE DETERMINATION AND CONTROL SYSTEMS ON COMPLEX MODELING STAND

*D. E. Sinitskiy, Y. I. Tichkina, S. A. Dernov, E. N. Yakimov

JSC Academician M. F. Reshetnev Information Satellite Systems 52, Lenin Street, Zheleznogorsk, Krasnoyarsk region, 662972, Russian Federation *E-mail: sderespect@gmail.com

The paper discusses basic principles of dynamic test attitude determination and control systems on complex modeling stands, using hardware and software models of system devices. It describes main advantages of a complex.

Keywords: attitude determination and control systems, dynamic test, satellite, hardware and software models.

Опыт AO «ИСС» по отработке таких сложных систем космических аппаратов (KA), как система ориентации и стабилизации (СОС), на комплексном моделирующем стенде (KMC) [1] показывает большую эффективность, позволяет выявлять потенциальные проблемы в работе СОС KA на более ранних этапах проектирования и создания, что может существенно снизить затраты на устранение выявленных недостатков. Такой метод отработки сложных систем общепринят в мире [2-5] и является единственным средством адекватной отработки с учётом внутренней динамики составляющих компонентов.

При проведении наземной отработки системы ориентации и стабилизации на КМС c технологической и штатной бортовой аппаратурой (БА) неоднократно возникали сложности в связи с отсутствием одного или нескольких приборов системы. Например, сама методика проведения испытаний СОС с технологической БА предусматривает наличие только одного технологического комплекта, поскольку на данном раннем этапе отработки СОС иметь второй техноло-

гический комплект БА весьма нецелесообразно, да и необоснованно дорого. Также нередко возникают случаи заимствования технологического комплекта БА на другие приоритетные виды испытаний KA. Причины отсутствия штатных комплектов БА СОС также могут быть различными: это и задержка изготовления прибора на заводе-изготовителе, исход прибора на ранних этапах испытаний (входной контроль) в случае обнаружения несоответствия тактико-техническим требованиям либо его заимствование с одного изделия на другое, которое в данный момент является важнейшим по приоритету. Отсутствие БА очень часто приводит к срыву директивных сроков испытаний КА, существенно снижает качество проведения испытаний, поскольку они являются не всесторонними.

В настоящее время для решения перечисленных проблем в составе комплексного моделирующего стенда используются программно-аппаратные модели (ПАМ) БА СОС. Структурная схема КМС с ПАМ приведена на рисунке.

ДСП-1

дне

й

Имитаторы опорных ориентиров

ЕНЕР

ДС11-2

пое

ДСШ-

шше

комплекс поворотных динамических стендов

№

ш tm

ш

Линия МКО

1№

АШ

1=>

А

вм

моделирования

и;

IM

Двиг атеИБ1маховик

ДвигатейБЗмаховик <

ДвигателИБ Змаховик

ДвигатеИБ41аховик «

А

N' Линия ЛВС

Щ

Программно-аппаратные модели

модель ПОе; модель ПОЗ; модель ДНе; модель ПЗВ; модель ВОБИе; модель ЭМИО;

Структурная схема КМС с использованием программно-аппаратных моделей БА СОС: УВК - управляющий вычислительный компьютер; КИП - комплекс источников питания; ДСП - двухстепенные динамические стенды; ДСШ - трехстепенной динамический стенд ACUTRONIC; ИДУ - имитатор двигательной установки; СИМ - стенд для измерения динамических моментов, создаваемых управляющими двигателями-маховиками; линия МКО - внутренняя бортовая кабельная сеть КА, предназначена для обмена информацией между изделием и приборами СОС; линия ЛВС - локальная вычислительная сеть, предназначена для обмена управляющего компьютера с динамическими стендами, испытательным комплексом; ПОС - прибор ориентации на Солнце; ПОЗ - прибор ориентации на Землю; ПЗВ - прибор звездный; ДНС - датчик направления на Солнце; ВОБИС - волокно-оптический блок измерения скорости; ЭМИО - электромагнитный исполнительны орган

Программно-аппаратная модель функционирует аналогично реальному прибору. Полностью воспроизводит «внутреннюю» логику функционирования прибора, а также обмен прибора с бортовой аппаратурой КА по линии МКО.

ПАМ состоит из специализированного программного обеспечения (ПО) и платы информационного обмена. Разрабатывается под любой прибор СОС и при необходимости полностью заменяет его во время испытаний СОС КА, проведения исследовательских работ.

Применение такого инструмента, как программно-аппаратная модель, позволяет решать ряд задач динамических испытаний СОС:

- проводить проверки системы в целом, с БА, БПО, БКС и смежными системами во всём многообразии внешних воздействий на систему, при отсутствии части или всего комплекта реальной БА СОС;

- проводить проверки системы, с учётом реальных характеристик приборов: шумов, нелинейностей преобразователей сигналов, реальных временных, фазовых характеристик функционирования аппаратуры и БПО;

- проводить отладку методик оценки результатов отработочных, лётных испытаний;

- проводить исследовательские работы, локальные проверки системы.

Для оценки функционирования программно-аппаратных моделей проведено их апробирование в составе комплексно-моделирующего стенда, которое показало правильность заложенных технических решений при разработке моделей.

Библиографические ссылки

1. Синицкий Д. Е., Федченко Д. А. Использование метода полунатурного динамического моделирования для испытания системы ориентации и стабилизации КА // Актуальные проблемы авиации и космонавтики : материалы VIII Всерос. науч.-практ. конф. / Сиб. гос. аэрокосмич. ун-т. Красноярск, 2012. № 8. С. 43-44.

2. Schwartz J. L., Hall C. D. The Distributed Spacecraft Attitude Control System Simulator: Development, Progress, Plans, 2003 / Flight Mechanics Symposium // Goddard Space Flight Center. Greenbelt, Maryland, October 28-30. 2003 [Электронный ресурс]. URL: http://www.dept.aoe.vt.edu/~cdhall/papers/ FMS03.pdf (дата обращения: 22.11.2014).

3. James J., Howell W. E. Simulator study of a satellite attitude control system using inertia wheels and a

magnet / Langley Research Center // Langley Station, Humpton: Va. NASA technical note 63-21893, Oct. 1963 (http://ntrs.nasa.gov).

4. Schwartz J. L., Hall C. D. System Identification of a Spherical Air-Bearing Spacecraft Simulator: AAS/AIAA Space Flight Mechanics Meeting. Maui, Hawaii. February 2004. [Электронный ресурс]. URL: http://www.dept.aoe.vt.edu/~cdhall/papers/AAS04-122.pdf (дата обращения: 22.11.2014).

5. Синицкий Д. Е. Модернизированный испытательный комплекс для контроля динамических характеристик космического аппарата на основе методов полунатурного моделирования : дис. ... канд. техн. наук. Красноярск, 2014. 124 с.

References

1. Sinitskiy D. E., Fedchenko D. A. [Application of HIL for ground tests of the orientation of spacecraft]. Aktualnie problemi aviacii i cosmonavtik [VIII all-Russia scientific-technical conference of SibSAU]. Krasnoyarsk, 2012. № 8. P. 29-30.

2. Schwartz J. L., Hall C. D. The Distributed Spacecraft Attitude Control System Simulator: Development, Progress, Plans, 2003 / Flight Mechanics Symposium // Goddard Space Flight Center. Greenbelt, Maryland, October 28-30. 2003. URL: http://www.dept.aoe.vt.edu/~cdhall/papers/ FMS03.pdf (accessed: 22.11.2014).

3. James J., Howell W. E, Simulator study of a satellite attitude control system using inertia wheels and a magnet / Langley Research Center // Langley Station, Humpton: Va. NASA technical note 63-21893, Oct. 1963 (http://ntrs.nasa.gov).

4. Schwartz J. L., Hall C. D. System Identification of a Spherical Air-Bearing Spacecraft Simulator: AAS/AIAA Space Flight Mechanics Meeting. Maui, Hawaii. - February 2004. URL: http://www.dept.aoe.vt. edu/~cdhall/papers/AAS04-122.pdf (accessed: 22.11.2014).

5. Sinitskiy D. E. [Upgraded test facilities to monitor the dynamic ray characteristics of the spacecraft on the basis of semi-natural methods are modulation] Modernizirovannyy ispytatel'nyy kompleks dlya kontrolya dinamiche-skikh kharakteristik kosmicheskogo apparata na osnove metodov polunaturnogo modelirovaniya. Dis. Cand. Sc. Krasnoyarsk, 2014. 124 p.

© Синицкий Д. Е., Тычкина Ю. И., Дернов С. А., Якимов Е. Н., 2016