Оптимізація магнітометричних систем орієнтації штучних супутників Землі - Автореферат

На сьогоднішній день в прикладній космонавтиці широко використовують магнітне поле Землі як джерело інформації про кутову орієнтацію супутника відносно заданої системи координат, та як складову частину вимірювального пристрою системи керування орієнтацією - моментного магнітоприводу. Це відбувається через обмежене число відомих алгоритмів роботи магнітометричних систем орієнтації штучних супутників Землі (ШСЗ) та відсутність сучасних високочутливих компонентних датчиків геомагнітного поля, які є складовою частиною магнітоприводу. На основі скоригованих моделей прогнозуються зміни накопиченого кінетичного моменту на протязі періоду обертання, та обирається оптимальний з точки зору мінімуму споживання енергії момент включення моментного магнітоприводу. Запропонований алгоритм дозволяє зменшити кількість включень моментного магнітоприводу та обрати найкращий режим його роботи, в результаті чого зменшиться енергоспоживання системи орієнтації ШСЗ. При отриманні математичної моделі ферозондового магнітометра використовується арктангенсна апроксимація середньої кривої намагнічування матеріалу осердя, коефіцієнти апроксимації обчислюються за допомогою чисельних методів нелінійної регресії.На основі обробки на протязі періоду обертання супутника по орбіті сигналів, пропорційних накопиченим по осях супутника складовим кінетичного моменту, коригують отриману аналітичну прогнозну модель збурюючого моменту, а на основі обробки сигналів, пропорційних складовим напруженості геомагнітного поля, коригують отриману аналітичну прогнозну модель геомагнітного поля. Після чого по скоригованим моделям обраховують умови роботи моментного магнітоприводу на протязі періоду обертання супутника по орбіті, та обирають оптимальний з точки зору мінімальних енерговитрат режим його роботи: при наближенні накопичувачів кінетичного моменту до стану насичення визначають необхідність та послідовність підключення силових котушок моментного магнітоприводу, їх кількість, обчислюють координати точок траєкторії, тривалість та ділянку орбіти підключення силових котушок. У розділі 2 отримано математичну модель процесів, які відбуваються в ферозондах з огляду на вимоги, що ставляться до магнітометричних систем орієнтації ШСЗ. Для отримання більшої відповідності розрахунків експериментальним даним пропонується для визначення коефіцієнтів апроксимації використовувати метод нелінійної регресії, тобто обчислення таких значень i , при яких забезпечується мінімальна середньоквадратична похибка наближення до множини висхідних даних. При розрахунках ферозондів параметри визначаються при виборі матеріалу осердя, інші величини обчислюються таким чином, щоб витримувались умови, які виражені у математичній моделі та обмеження, що обумовлені можливостями фізичної реалізації: - величина повинна забезпечувати необхідний рівень насиченості осердя;Показано, що внаслідок малих значень зовнішніх збурювальних сил є ефективним застосування в якості керуючих пристроїв моментних магнітоприводів, при цьому управління рухом супутника відносно центра мас відбувається шляхом створення моменту управління, що формується завдяки магнітному полю Землі. Запропоновано новий алгоритм роботи моментного магнітоприводу системи орієнтації ШСЗ, що базується на створенні прогнозних моделей кінетичного моменту та геомагнітного поля. Показано, що застосування запропонованого алгоритму дозволить зменшити потужність споживання, масу накопичувачів кінетичного моменту та підвищити точність орієнтації. Отримано нову математичну модель магнітометричної системи орієнтації, яка на відміну від відомих моделей враховує величину небалансу нуля поблизу другої гармоніки вихідного сигналу та потужність споживання, що має принципово важливе значення при проектуванні систем орієнтації ШСЗ. Результати проведених розрахунків свідчать про те, що при розвязанні задачі оптимізації отримують ферозонди з найкращими характеристиками з точки зору мінімуму ЕРС небалансу поблизу нуля другої гармоніки вихідного сигналу.

2. Основний зміст роботи