МИКРОКОСМИЧЕСКИЕ ИНФОРМАЦИОННЫЕ АППАРАТЫ НА ОСНОВЕ МИКРОСИСТЕМНОЙ ТЕХНИКИ

Рассматриваются перспективы создания информационных микрокосмических аппаратов на основе микросистемной техники.

Идея микроминиатюризации космических аппаратов (КА) зрела давно. Ведущие специалисты высказывали предположение, что если космические системы будут строиться на основе КА размерами с апельсин или футбольный мяч, то такие микроКА (МКА) будут недосягаемы для противодействия, резко возрастет их устойчивость и живучесть.

Рис. 1. Состав микроКА на базе МСТ

Микроэлектроника, интеллектуальные вычислительные устройства, микроэлектромеханика, новые материалы, покрытия, технологии, конструкторские решения, обеспечивающие малые размеры, создали потенциал для качественного скачка в развитии космической микроробототехники [1]. На рис. 1 представлен состав микроКА на базе МСТ. Намечается определенный технический и технологический прорыв. Ситуация с МКА в космонавтике напоминает ситуацию, когда А.Ф. Можайский и братья Райт начали создавать авиационную технику.

Представляется, что ряд космических проектов научного и прикладного содержания могут быть реализованы уже в ближайшие годы при достаточной финансовой поддержке и использовании экономически оправданных запусков (например, при "попутном" запуске МКА с основным КА одной ракетой-носителем либо при утилизации и конверсии стратегических ракет).

КА в микроисполнении массой порядка 100 кг, имеющий унифицированную космическую платформу и сменные модули специального назначения, например, обнаружители различных физических полей и соответствующих (по пропускной способности) радиолиний передачи добываемой информации, может иметь следующий состав.

1. Модуль ориентации и стабилизации, в который входят:

· микродвигатели коррекции положения микроКА на орбите;

· микродемпфирующее устройство;

· безрасходовая система ориентации и стабилизации с использованием гравитационных и аэродинамических эффектов;

· система контроля на базе микродатчиков.

2. Модуль служебных систем, в который входят:

· бортовой вычислительный комплекс на сверхбольших интегральных схемах;

· микрорадиолиния управления;

· микроисточники питания;

· микромодуль космической навигации;

· система терморегулирования пассивного типа с использованием системы тепловых труб;

· конструкция, построенная на использовании сотовых углепластовых панелей, являющихся одновременно силовым элементом, шасси размещения приборов и радиаторами системы терморегулирования.

МикроКА должны строиться на единой конструктивной и системной элементной базе. Варианты модульного построения МКА на основе микросистемной техники представлены на рис. 2.

Рис. 2. Варианты модульного построения микроКА на основе микросистемной техники

Развитие "микро- и малого космоса" на основе МСТ инициирует необходимость использования микро- и малых ракетных комплексов космического назначения, затраты на производство которых в настоящее время соизмеримы с затратами на производство КА. Прогнозируется использование ракет-носителей (РН) массой до 100 т вместо 300 т [2].

На начальном этапе создания МКА должен быть сформирован его облик, представляющий собой совокупность функциональных, конструктивных и других технических характеристик и решений, позволяющий предварительно оценить ожидаемую эффективность МКА. Основные требования предъявляются к информационным свойствам МКА, т.е. к полноте, достоверности, периодичности, виду и т.д. добываемой информации. С этой целью должны быть определены типы информационных источников, требуемая периодичность, содержание и форма получаемой и выдаваемой пользователям информации в процессе взаимодействия с микроКА. Рассматривая возможность создания МКА для дистанционного зондирования Земли (мониторинга), необходимо иметь в виду следующие положения:

· состав и объем первичных данных, поступающих от МКА, должен соответствовать требованиям потребителя и обеспечивать решение его практических задач;

· для определения состава источников информации МКА необходимо также знать алгоритм комплексной обработки для получения достоверной и полной информации об изучаемых объектах на Земле.

На выбор типа МКА для дистанционного зондирования Земли, очевидно, будут влиять затраты средств, связанные с созданием информационных каналов, баз данных получаемой информации и технологического доступа к ним.

При создании информационных МКА должны решаться задачи не только сбора данных, но и создания разноплановой коммуникационной среды для обеспечения:

· управления собственно МКА и информационно-научным комплексом на борту МКА;

· получения телеметрической информации и информации оперативного контроля;

· получения мониторинговой информации с борта МКА.

На рис. 3 представлен вариант структурной схемы взаимодействия элементов космической системы (КС) на основе МКА различного типа.

Рис. 3. Схема взаимодействия элементов космической системы на основе МКА различного типа

Математическое и физическое моделирование облика МКА на этапе, когда аппарата еще не существует, позволяет получить оценки эффективности различных вариантов МКА с использованием наборов средств МСТ при модульном построении.

При обосновании, моделировании и последующей разработке МКА могут быть приняты следующие основные принципы построения новой КС при их групповом, корпоративном использовании, а именно:

1. Экономически целесообразно осуществлять вывод одной РН одновременно нескольких МКА и расстановку их на орбите с разносом в несколько десятков - сотен тысяч километров;

2. Для мониторинга один (или несколько) из орбитальной группировки МКА может являться активным направленным излучателем электромагнитных волн в сантиметровом диапазоне, а другие, пассивные МКА, осуществляют:

· направленный прием отраженных сигналов от объектов, подстилающих поверхностей и атмосферных образований;

· запоминание принятой совокупности шумов и полезных сигналов;

· сброс добытой и запомненной информации на приемный пункт сбора и обработки информации при пролете над ним;

3. В приемном пункте (ПП), обеспеченном аналитическим центром (средствами вычислительной техники и программно-алгоритмическим обеспечением), осуществляется обработка информации, поступающей одновременно от нескольких пассивных МКА и выделяется полезная информация об объектах;

4. Все МКА и ПП жестко синхронизированы по данным единой космической навигационной системы "Глонасс" или GPS. Приемные антенны пассивных МКА при пролете на ПП выполняют функции передающих антенн радиолиний выдачи информации;

5. В качестве альтернативных способов обнаружения излучающих средств пассивным способом может рассматриваться как разностно-дальномерный способ (из трех пассивных МКА), так и триангуляционный (из двух пассивных МКА). Схематично баллистическое построение орбитальной космической системы МКА на среднеэллиптических орбитах представлено на рис.4.

Рис. 4. Баллистическое построение орбитальной космической системы микроКА на среднеэллиптических орбитах

Таким образом, применение достижений МСТ позволяет получить новое качество КА, существенно изменить их облик и сферы применения. Космическая отрасль в максимальной степени аккумулирует последние достижения в микроэлектромеханике, электронике, специальных сверхлегких (углеродистых) материалах, в создании миниатюрных датчиков (например, волновых гироскопов, акселерометров), исполнительных микромеханизмов (генераторов, двигателей и т.д.). Подобные микроэлементы обеспечат создание и вывод на орбиту малых (до 500 кг), микро- (до 100 кг), наново 10 кг) и пико- (до 1 кг) космических аппаратов легкими и дешевыми ракетами-носителями, например, выработавшими ресурс боевыми ракетами стратегического назначения, подлежащими утилизации, либо МКА с самолета-ракетоносца еще более легкой РН, либо "попутный" вывод с основным КА (при наличии запаса по массе).

Список литературы

1. Климов Д.М., Васильев А.А., Лучинин В.В., Мальцев П.П. Перспективы развития микросистемной техники в XXI веке // Микросистемная техника 1999. № 1 С. 3-6

2. Рябова Н.В., Еськов Д.Н. Малые искусственные спутники в программах дистанционного зондирования Земли // Оптический журнал,1998 № 1. С 4-19.

Наверх