Низкоорбитальный СМКА связи, его СЭП и СОТР

Проектирование спутника (МКА) с ограничением по массе и по объему. Анализ аналогов проектируемого спутника. Расчет системы энергопотребления и анализ энергопотребляемой аппаратуры. Расчет тепловых нагрузок, действующих на МКА. Листинг программы "СОТР".
Краткое сожержание материала:

Размещено на

«Низкоорбитальный СМКА связи, его СЭП и СОТР»

Содержание

Принятые сокращения

Введение

1. Анализ аналогов

1.1 Выбор аналогов

1.2 Обоснование выбора аналогов

2. Согласование СЭП и СОТР с СМКА

2.1 Анализ энергопотребляемой аппаратуры

2.2 Расчёт СЭП

2.3 Расчёт тепловых нагрузок, действующих на МКА

Список литературы

Приложение

Принятые сокращения

АБ - аккумуляторная батарея;

АФУ - антенно-фидерные устройства;

БКУ - бортовой комплекс управления;

ДУ - двигательная установка;

КА - космический аппарат;

КДУ - комплексная двигательная установка;

СБ - солнечные батареи;

СЭП - система энергопотребления;

ФЭП - фотоэлектрический преобразователь.

Введение

Целью данного курсового проектирования является проектирование спутника (МКА) с ограничением по массе - не более 100 кг и объему - не более 1 . Такие спутники относятся к типу микроспутнков (масса от 10 до 100 кг). Назначение данного космического аппарата - радиосвязь. Спутник радиосвязи -- искусственный спутник Земли, специализированный для ретрансляции радиосигнала между точками на поверхности земли, не имеющими прямой видимости.

На борт требуется установить целевую аппаратуру соответствующего назначения. В проектирование также входят следующие задачи: повышение эффективности массы полезной нагрузки, достижение более высокого качества КА, увеличение срока активного существования до 10 лет и более. К основным показателям качества КА относятся: масса полезной нагрузки, коэффициент массы ПН, габариты КА.

Основной проблемой при проектировании является ограничение по массе и негерметичность платформы. К примеру, масса одного космического аппарата спутниковой системы IRIDIUM составляет 700 кг. Отсек с аппаратурой герметичен и имеет активную и пассивную системы охлаждения. Для обеспечения полного покрытия земной поверхности на низкой орбите системе IRIDIUM потребовалось 66 таких аппаратов. Но в данной ситуации большой плюс в том, что эти спутники проектировались более 10 лет назад, а, следовательно, сейчас уже существует аппаратура, меньшая по массе и, возможно, более производительная.

Новизна заключается в следующем: при малой массе и габаритах возможен запуск сразу нескольких аппаратов. Также расчёт будет производиться по более точным алгоритмам и с помощью новых программ.

Актуальность заключается в использовании новейшей техники в целях передачи аналоговых и цифровых данных.

1. Анализ аналогов

За основу будут приняты следующие спутники: студенческий спутник «Юбилейный», спутники Берлинского технического университета «LAPAN-Tubsat» и «MAROC-Tubsat». Эти спутники летают на низких, близких к круговым, орбитах высотой примерно 700 км (у спутника «Юбилейный» высота составляла примерно 1500 км).

1.1 Выбор аналогов

1) Студенческий спутник «Юбилейный».

«Юбилейный» -- малый российский научный спутник, созданный ОАО «ИСС» имени академика М. Ф. Решетнёва» совместно с группой российских космических предприятий и высших учебных заведений. Предназначен для передачи звуковых сообщений, фото- и видеоизображений, рассказывающих о 50-летии запуска первого искусственного спутника Земли и космической отрасли в целом, а также для участия в образовательных программах студентов ВУЗов и проведения научных экспериментов.

Архитектура спутника -- экспериментальная негерметичная платформа.

Характеристики:

Тип формируемых услуг:	Научные исследования, эксперименты
Орбита:	Низкая круговая
Расчетный срок службы:	1 год
Стартовая масса:	48 кг
Мощность СЭП:	30 Вт
Начало летных испытаний:	23.05.2008
Средство выведения:	Рокот

Внешний вид в рабочем положении:

Конструктивно КА «Юбилейный» состоит из негерметичного приборного отсека, образованного шестигранной рамой, на которой смонтированы панели солнечной батареи, и тремя поперечными панелями - верхней, средней и нижней. Бортовая аппаратура размещается как в приборном отсеке, так и на наружной поверхности верхней панели.

На верхней панели, которая во время работы спутника обращена в сторону Земли, расположены элементы систем ориентации - магнитометр и поперечные штанги с балансирами, приемные и передающие антенны, а также научная аппаратура: три датчика Земли, для получения данных об излучении Земли в инфракрасном диапазоне длин волн и исследования пространственно-временного излучения дневной и ночной атмосферы Земли в видимом спектральном диапазоне. Часть электронной аппаратуры, требующий повышенной защищенности от факторов космического пространства, находится на стороне панели, обращенной вовнутрь приборного контейнера.

На средней панели установлена аппаратура ДОКА-Б, в состав которой входит бортовой компьютер; приемная аппаратура, работающая на частотах 145 МГц; передающая аппаратура, работающая на частотах 435 МГц, аккумуляторная батарея, а так же бортовая аппаратура радионавигации. На нижнем днище расположена магнитно-гравитационная система ориентации, в штатном режиме обеспечивающая ориентацию продольной оси КА на Землю, антенна навигационной аппаратуры, экспериментальный солнечный датчик ДПС и аппаратура РАДЭК, предназначенная для проверки эффективности применения разработанных в СибГАУ нанопокрытий для радиационной защиты электронных компонентов космических аппаратов.

Панели солнечной батареи, смонтированные на раме, изготовлены на базе трехкаскадного арсенида галлия. Они позволяют обеспечивать электроэнергией бортовую аппаратуру КА на освещенной части орбиты. Выбранная форма рамы обеспечивает необходимую величину эффективной площади солнечных батареи при различном положении КА относительно Солнца. На теневых участках орбиты аппаратуру электроэнергией обеспечивает никель-металгидридная аккумуляторная батарея. Аккумуляторная батарея системы электропитания (СЭП) не является отдельным агрегатом, ее элементы входят в состав приборного блока питания и управления, в котором размещается вся автоматика СЭП, все это входит в состав аппаратуры ДОКА-Б.

Особенностью КА «Юбилейный» является пассивная система терморегулирования: требуемый температурных режим обеспечивается нерегулируемым соотношением оптических коэффициентов на поверхностях элементов конструкции объекта, теплоизолирующими элементами, электрообогревателями (ЭО) и тепловыми трубками, которые обеспечивают тепловой режим аппаратуре ДОКА-Б.

2) Спутник «LAPAN-TUBSAT».

Этот спутник был создан Берлинским Техническим университетом по заказу Индонезийского космического агентства. Индонезийские инженеры принимали участие в обучении и были активно включены в процесс разработки и производства спутника. Миссия «LAPAN-TUBSAT»: наблюдение Земли (сельское хозяйство, мониторинг стихийных бедствий), демонстрация экспериментальных технологий (звездный датчик, механизм переориентации), а также подготовка индонезийских инженеров. На спутнике установлена видеокамера, результаты съемки которой можно посмотреть на сайте Берлинского университета http://www.raumfahrttechnik.tu-berlin.de/tubsat/LAPAN-TUBSAT.

Характеристики:

Габаритные размеры, ЩхДхВ, мм	450х450х27
Масса, кг	56
СЭП	4 панели СБ с кремниевыми элементами (по 35 элементов на каждой панели), мощность каждой панели - 14 Вт 5 NiH2 аккумуляторных батарей, ёмкость аккумулятора 12 A*h и напряжение 11,5 В
Система управления и ориентации	3-х маховичная система 3-хосный лазерный гироскоп 3-осный датчик магнитного поля звёздный датчик

3) Спутник «MAROC-TUBSAT».

«MAROC-TUBSAT» является результатом сотрудничества Берлинского Технического университета с Королевским центром Марокко. Данный спутник предназначен для наблюдения Земли.

Миссия: в первую очередь это подготовка студентов ILR и разработка новых систем управления положения КА в пространстве. Королевский центр в Марокко также использует этот спутник в целях образования и проведения экспериментов. <...