Стенд для испытаний электромагнитной совместимости бортового оборудования в составе спутников стандарта CubeSat

Полезная модель относится к ракетно-космической технике, а именно к устройствам для испытаний электромагнитной совместимости бортового оборудования в составе спутников стандарта CubeSat.
Известен способ испытаний и обеспечения электромагнитной совместимости средств радиосвязи на подвижном объекте, представленный в патенте на полезную модель RU 119963 U1. Испытательный стенд для измерения характеристик электромагнитной совместимости радиоприемных устройств, состоящий из высокочастотного генератора стандартных сигналов, последовательно соединенных испытуемого радиоприемного устройства и измерителя нелинейных искажений, а также испытуемого радиопередающего устройства, нагруженного на эквивалент антенны. Испытания проводятся последовательным включением источников радиопомех с постройкой частоты радиоприемной аппаратуры до достижения коэффициента нелинейных искажений равным допустимому значению на испытуемое радиоприемное устройство. Полученные на имитационном стенде с помощью устройства контроля параметры электромагнитной обстановки используются для обеспечения электромагнитной совместимости средств радиосвязи на объекте и для повышения качества связи на основе выбора частот для каналов связи с максимальным отношением сигнал/шум. Описанный способ требует доступа к радиопередающему устройству аппарата для подключения эквивалента антенны с измерительным оборудованием, что не всегда возможно, в случае тестирования МКА в сборе.
Известен способ оценки электромагнитной совместимости бортового оборудования в составе летательного аппарата, описанный в патенте на изобретение RU 2497282 C9, заключающийся в последовательном включении и воздействии на испытуемое бортовое оборудование источников электромагнитных помех. После включения источника радиопомех измеряют наведенные в электрических цепях испытываемого оборудования токи помех, для чего используется индукционный датчик тока, расположенный на расстоянии пяти сантиметров от входного разъема на электрической цепи испытываемого оборудования. Оценивается работоспособность бортового оборудования до и после включения радиопомех, а также сравнивают ток помех с максимально допустимым током помех. Данный способ позволяет повысить достоверность испытаний за счет измерения тока радиопомех, однако требует частичной разборки аппарата для доступа к платам бортовой аппаратуры, что применительно к МКА бывает весьма затруднительно.
Ближайшим аналогом предлагаемой нами полезной модели является способ оценки электромагнитной совместимости бортового радиоэлектронного оборудования описанный в патенте на изобретение RU 2697810 C9. Данный способ предполагает оценку электромагнитной совместимости без частичной разборки испытуемого бортового радиоэлектронного оборудования. Способ оценки электромагнитной совместимости бортового оборудования основан на передаче радиограмм из таблицы звуков или слов и последовательного включения источников радиопомех. Принятые радиограммы анализируют и определяют отношение значения разборчивости речи, вычисленного в условиях радиопомех, и значения разборчивости речи, вычисленного в условиях отсутствия радиопомех, выраженное в процентах. Из полученных результатов тестирования делается заключение об успешном прохождении испытания бортового оборудования на электромагнитную совместимость, в случае, если результат не превысил заданного допустимого значения. Данный метод ориентирован преимущественно на аппараты, использующие передачу речевых радиограмм, что редко встречается на МКА, это делает описанный способ неоптимальным для тестирования малых космических аппаратов.
Целью заявляемого технического решения является разработка простого в использовании мобильного испытательного стенда для определения характеристик электромагнитной совместимости средств радиосвязи и бортового оборудования в составе спутников стандарта CubeSat.
Необходимость решения описанной технической задачи связана с растущим числом разработок малых космических аппаратов - спутников стандарта CubeSat и необходимостью упрощения и удешевления проведения наземных испытаний на электромагнитную совместимость бортового оборудования в их составе, что позволит снизить себестоимость и сократить сроки разработки спутников.
Технический результат достигается помещением испытуемого спутника стандарта CubeSat внутрь камеры, имеющей складную конструкцию и представляющей собой клетку Фарадея, стенки которой изнутри покрыты радиопоглощающим материалом, при этом спутник внутри камеры крепится на двухосевой моторизованный подвес. В камере предусмотрены два крепления для установки антенн, обеспечивающих подключение к приемопередающему устройству и к имитатору помех.
Отличие от ближайшего аналога заключается в использовании:
безэховой камеры, помещенной в клетку Фарадея, исключающую как отражения электромагнитного излучения внутри, так и проникновения его извне для проведения испытания в небольших закрытых помещениях;
складной конструкции камеры, выполненной в виде «гармошки», делающей ее мобильной в виду компактности в сложенном состоянии;
двухосевого моторизованного подвеса для фиксации МКА, позволяющего проводить испытания в различных ориентациях относительно приемопередающей антенны;
высокочастотного коммутатора с электронным управлением для автоматизации процесса испытаний.
Стенд для испытания и обеспечения электромагнитной совместимости на спутниках стандарта CubeSat представлен на следующих чертежах:
фиг. 1 - общий вид стенда в сборе;
фиг. 2 - вид этапов складывания корпуса;
фиг. 3 - структурная схема стенда.
Общий вид стенда представлен на фиг. 1. Стенд представляет собой металлическую камеру 1 кубической формы со стороной два метра, которая заземляется, образуя клетку Фарадея, что позволяет исключить влияние внешних радиоэлектронных помех. Изнутри стенки камеры имеют радиопоглощающее покрытие для предотвращения отражений электромагнитных волн внутри камеры - так называемая безэховая камера. Камера изготавливается из секторов, монтируемых на специальную складную фурнитуру 2, складная конструкция обеспечивает компактность и мобильность.
Внутри камеры предусмотрено крепление для приемопередающей антенны 3, которая подключается к радиостанции. Внизу камеры устанавливается двухосевой моторизованный подвес 4 для фиксации спутника стандарта CubeSat 5. Регулируемое фиксирующее устройство является универсальным и позволяет закреплять на подвесе спутник стандарта CubeSat форматов от U1 до U12, но не превышающий максимальный допустимый вес для используемого двухосевого подвеса. В камеру также помещается антенна, подключаемая к имитатору помех (на рисунках не показана), который представляет собой радиооборудование, позволяющее создавать электромагнитные помехи в УКВ диапазоне, место и расположение выбирается исходя из постановки испытаний.
На фиг. 2. показаны этапы складывания конструкции безэховой камеры. Сначала демонтируются двухосевой подвес и приемопередающая антенна. Затем складывается верхняя панель, после этого конструкция сжимается по принципу гармошки. Затем отсоединяется нижняя стенка, после чего конструкция готова к транспортировке.
На фиг. 3 показана структурная схема испытательного стенда. Спутник стандарта CubeSat 1, находящийся в клетке Фарадея, может взаимодействовать с приемопередающей антенной, подключенной к высокочастотному аттенюатору 2, позволяющему регулировать силу выходного и входного сигналов, который подключается к высокочастотному коммутатору 3, позволяющему переключать источник сигнала между УКВ генератором 4 и радиостанцией 5, управляемой персональным компьютером 6. Также в камеру помещается антенна, подключаемая к имитатору помех 7, позволяющему создавать электромагнитные помехи в УКВ диапазоне различной мощности.
Комплексное тестирование спутника на электромагнитную совместимость включает в себя:
1. Испытания бортового оборудования на отказоустойчивость под воздействием электромагнитного излучения УКВ диапазона.
2. Испытания бортового приемопередающего оборудования на помехоустойчивость радиоканала.
Устройство используется следующим образом.
При испытании отказоустойчивости бортового оборудования проводится последовательное облучение функционирующего спутника в следующей последовательности:
1. К приемопередающей антенне подключается УКВ генератор.
2. Задается мощность излучения.
3. Задается угол наклона спутника на двухосевом подвесе.
4. Проверяется функционирование всех узлов спутника без облучения.
5. Начинается облучение спутника в заранее установленном диапазоне частот, начиная от крайнего значения.
6. Проверятся функционирование всех узлов спутника во время облучения.
7. Частота электромагнитного канала увеличивается на заданный шаг.
8. Повторяются пункты 4 и 5 до достижения граничного значения установленного диапазона частот.
После окончания испытания данные анализируются, в случае если сбоев не выявлено ни в одном из узлов спутника, испытание скитается успешно пройденным.
Испытания бортового приемопередающего оборудования на помехоустойчивость осуществляется в следующей последовательности:
1. К приемопередающей антенне подключается радиостанция.
2. Задается мощность излучения.
3. Задается угол наклона спутника на двухосевом подвесе.
4. Проверяется функционирование всех узлов спутника и радиоканал с принимающей радиостанцией.
5. Задается мощность излучения имитатора помех.
6. Включается имитатор помех.
7. Инициируется передача тестовой последовательности пакетов данных с МКА на принимающую радиостанцию.
8. Инициируется передача тестовой последовательности пакетов с радиостанции на спутник.
После окончания испытания определяется количество ошибок или пропущенных данных для сеансов приема и передачи в отдельности. Если количество потерянных данных меньше некоторого, заранее оговоренного, значения, то делается вывод об успешном прохождении данного испытания.
Список использованных источников:
1. Патент RU 119963 U1.
2. Патент RU 2497282 C9.
3. Патент RU 2697810 C9.