ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЕ УСТРОЙСТВО ОРИЕНТАЦИИ КОСМИЧЕСКОГО АППАРАТА

Полезная модель относится к космическому машиностроению, а именно к управляющим устройствам космического летательного аппарата.
При управлении ориентацией космического аппарата (КА), функционирующего на орбите Земли, можно использовать электромагниты, которые будут создавать «силовые» магнитные поля, взаимодействующие с магнитным полем Земли, необходимые для получения механических моментов, обеспечивающих поворот и соответствующее вращение космического аппарата, а также процесс ориентации.
Известно устройство - космический моментный магнитодвигатель, использующий естественное магнитное поле Земли [Иосифьян А.Г. Электромеханика в космосе. М., «Знание», 1977, Глава «Электромеханическая структура космических летательных аппаратов», рисунок 14].
Космический аппарат при своем движении в околоземном пространстве пересекает двухполюсное магнитное поле Земли. Установленные в космическом летательном аппарате силовые электромагнитные катушки, взаимодействуя с магнитным полем планеты, вокруг которой проходит полет аппарата, могут создавать внешние моменты, приложенные к корпусу аппарата.
Для подключения электромагнитного устройства к системе ориентации и стабилизации существуют специальные блоки управления, представляющие собой блоки реле, к которым подключены обмотки катушек, и электронику, управляющую включением этих силовых реле. Существующие в настоящее время устройства имеют общий недостаток - контроль исправности и правильности функционирования не может быть проведен штатными средствами предлагаемых блоков управления в составе устройства ориентации.
Задача, решаемая полезной моделью, заключается в создании электромагнитного устройства ориентации с блоком управления и контроля исправности и правильности функционирования.
Техническим результатом является повышение управляемости и надежности системы ориентации КА в целом за счет возможности обеспечить оперативное включение резервных алгоритмов стабилизации при обнаружении аварийной ситуации на обмотках электромагнитных устройств или в их блоках управления.
Заявленный технический результат достигается тем, что в известном электромагнитном устройстве ориентации космического аппарата, содержащем магнитную катушку с блоком управления и контроля, согласно заявляемой полезной модели, в электрическую схему блока управления и контроля добавлены датчики, измеряющие силу тока, протекающего по каждой из обмоток электромагнитной катушки; на корпус магнитной катушки установлен датчик фиксации электромагнитного поля, создаваемого работающей магнитной катушкой, электрически связанный с блоком управления и контроля; кроме того, в блоке управления и контроля установлен микроконтроллер, связанный с информационной шиной космического аппарата и обрабатывающий информацию от датчиков.
Кроме того, в электромагнитном устройстве ориентации блок управления и контроля связан с магнитной катушкой гибким соединительным кабелем и может быть дополнительно укрыт экранно-вакуумной изоляцией, и/или размещен в укрытом отсеке КА для защиты от негативных факторов космического пространства.
Заявляемая полезная модель поясняется рисунками.
На фиг. 1 изображена конструктивная схема электромагнитного устройства.
Магнитная катушка (1) состоит из одной или нескольких резервируемых обмоток (2), установленных на сердечник (3) и помещенных внутрь корпуса (4), обеспечивающего защиту от механических повреждений и жесткое закрепление на КА. На корпусе установлен датчик магнитного поля МД (5). Обмотки катушек и датчик магнитного поля электрически, через разъемы связаны при помощи соединительного кабеля (6) с блоком управления и контроля (7). В блоке контроля и управления имеются силовые реле (8), датчики силы тока (9), микроконтроллер (10) и разъем (11) для соединения блока управления и контроля с единой информационной шиной и системой электропитания космического аппарата.
Электронные компоненты, работоспособность которых зависит от воздействия факторов космического пространства и условий выведения на орбиту, размещены внутри корпуса блока управления и контроля, который проектируется и размещается на КА с учетом обеспечения необходимого уровня защиты. Наличие двух или более обмоток в магнитной катушке позволяет реализовать как возможность регулирования мощности электромагнитного устройства ориентации, так и обеспечить холодное или горячее резервирование исполнительного элемента катушки в режиме полета. Для каждой обмотки предусмотрены силовое реле и датчик тока.
На фиг. 2 изображена функциональная схема взаимодействия элементов полезной модели, при этом сокращения на схеме соответствуют: ДI - датчик силы тока (9); МД - датчик магнитного поля (5).
Микроконтроллер (10) блока управления и контроля (7) получает по информационной шине космического аппарата управляющие команды от центрального компьютера; на основе этих команд, через силовое реле (8), подключенное к системе электропитания КА, производится включение заданного режима магнитной катушки (1). Микроконтроллер (10) собирает сведения от датчиков (5, 9), которыми снабжено электромагнитное устройство. В цепи питания обмотки имеется датчик тока (9) «ДI» (для каждой обмотки соответственно ДI-1…ДI-N), а на корпусе магнитной катушки (1) размещен датчик магнитного поля (5) «ДМ» (магнитометр, датчик Холла или т.п.). Датчик тока (9) позволяет постоянно контролировать работу обмотки катушки (2), в том числе оперативно передавать на микроконтроллер (10) сведения об обрыве или замыкании. Датчик магнитного поля (5) позволяет проверить правильность полярности и фактические параметры работы электромагнитного устройства. Микроконтроллер (10) блока управления и контроля (7) собирает информацию с датчиков (5, 9), анализирует ее, при необходимости (например, замыкание в обмотке) выдает управляющий сигнал на силовое реле (8) и отправляет по информационной шине в управляющий компьютер космического аппарата информацию о ходе отработки полученных управляющих команд.