Введение 14
1 Малые космические аппараты стандарта Cubesat 15
2 Студенческий малый космический аппарат 17
2.1 Служебные системы и аппаратура на борту МКА 18
2.1.1 Системы телеметрии и телекоманд 18
2.1.2 Система ориентации 20
2.1.3 Система электропитания 21
2.1.4 Блок управления системами 21
2.1.5 УКВ-передатчик 21
2.1.6 Полезная нагрузка 22
3 Студенческий центр управления полётами 23
3.1 Назначение ЦУПа 23
3.2 Назначение телеметрии 23
4 Структура ЦУПа 25
4.1 Антенно-поворотное устройство 28
4.1.1 Компьютерный интерфейс АПУ 31
4.2 Антенно-фидерное устройство (АФУ) 32
4.2.1 Основные характеристики антенн 32
4.2.1.1 Поляризационные свойства 32
4.2.1.2 Свойства направленности антенн 33
4.2.1.3 Диаграммы направленности антенн 33
4.2.1.4 Параметры направленности 36
4.2.1.5 Входное сопротивление антенны 37
4.2.1.6 Коэффициент стоячей волны антенны 37
4.2.1.7 Коэффициент усиления антенны 38
4.2.1.8 Радиосвязь с МКА 38
4.2.2 Выбор конструкции АФУ 39
4.3 Малошумящие усилители 44
4.4 Трансивер 46
4.5 Источник питания 48
4.6 Измеритель мощности и КСВ 49
4.7 УКВ усилители мощности 50
4.8 Персональный компьютер 52
4.9 Секвенсор 52
4.10 Многопортовый преобразователь интерфейса 53
4.11 Грозоразрядник 53
5 Программное обеспечение 55
5.1 Программы трекинга и управления ротатором 55
5.2 Программы управления трансивером 58
5.3 Программы-декодеры телеметрии 64
5.4 Имитатор малого космического аппарата 70
6 Вопросы технологии 74
6.1.2 Напряжение дуги (длина сварочной дуги) 78
6.1.3 Скорость сварки 78
6.2 Сварка углового соединения таврового типа 79
6.3 Зачистка сварочных швов 80
7.1 Предпроектный анализ 82
7.1.1 Потенциальные потребители результатов исследования 82
7.1.2 Анализ конкурентных технических решений с позиции
ресурсоэффективности и ресурсосбережения 83
7.1.3 Технология QuaD 84
7.1.4 SWOT-анализ 86
7.1.5 Оценка готовности проекта к коммерциализации 88
7.2 Инициация проекта 90
7.2.2 Организационная структура проекта 91
7.3 Планирование управление научно-техническим проектом 92
7.3.1 План проекта 92
7.3.2 Бюджет научного исследования 95
12
7.3.2.1 Сырье, материалы, покупные изделия и полуфабрикаты (за
вычетом отходов) 95
7.3.2.2 Основная заработная плата 96
7.3.2.3 Дополнительная заработная плата научно-производственного
персонала 97
7.3.2.4 Отчисления на социальные нужды 97
7.3.2.5 Накладные расходы 97
8 Социальная ответственность 101
8.1 Профессиональная социальная безопасность 101
8.2 Анализ вредных факторов при работе в центре управления полётами 102
8.2.2 Отклонение параметров микроклимата 102
8.2.3 Освещение 104
8.2.4 Шум 105
8.2.5 Электромагнитное поле от компьютера 106
Заключение 114
Список публикаций 115
Список использованных источников 116
Приложение A 118
Приложение Б 133
В феврале 1994 г. в интервью газете «Мегаполис-Экспресс» академик М. Ф. Решетнев отмечал, что во всем мире заметна тенденция к использованию малых низкоорбитальных спутников связи. Это объясняется, во-первых, их невысокой стоимостью, во-вторых, тем, что при наличии таких спутников потребитель будет пользоваться простыми, дешевыми терминалами. [4]
В любом космическом проекте, весьма важной составляющей является наземный сегмент, предназначенный для управления космическим аппаратом, а так же проведения контроля параметров его полёта. Решение этой задачи возложено на наземный комплекс управления, представляющий из себя совокупность взаимосвязанных технических средств с информационным и математическим обеспечением центра управления полетом (ЦУП), предназначенных для управления КА с момента его вывода на орбиту.
Значимость данной работы тесно связана с разработкой и запуском в 2016 году Национальном Исследовательском Томском политехническом университете студенческого малого космического аппарата на базе размерного стандарта микро и наноспутников - CubeSat. Кафедра точного приборостроения ТПУ принимает активное участие в создании малого космического аппарата.
Предполагаемой целью проектирования центра управления полётами является проведение экспериментальных и образовательных сеансов радиосвязи и управления малых космических аппаратов. Объектом проведения исследований будет имитатор спутника на базе оборудования центра управления и программного обеспечения. Проектирование студенческого ЦУП способствует повышению качества образования, привлечению талантливой, активной, заинтересованной в научно-исследовательской деятельности молодежи к космической тематике на реальных проектах.
Спроектированный студенческий центр управления полетами, в первую очередь, предназначен для использования в учебном процессе на кафедре точного приборостроения ТПУ для изучения процесса управления полетом малых космических аппаратов. Создание в структуре университета комплекса управления малыми космическими аппаратами будет стимулировать внедрение новых перспективных форм космического образования, служит основой для разработки и реализации перспективных университетских инновационных проектов с использованием космических технологий.
ЦУП имеет следующие технические характеристики:
- диапазон частот 143-156 МГц и 400-445 МГц;
- пределы углов вращения по азимуту от 0 до 360 град., по углу места от 0 до 180 град;
- выходная мощность передатчика до 100 Вт (в зависимости от вида модуляции).
В процессе НИР проведено исследование аппаратуры отечественных и зарубежных аналогов для создания общей компоновки ЦУПа.
Отличительной особенностью функционирования ЦУПа является широкое применение различного ПО для автоматизации приема и обработки сигналов, что позволило снизить рабочую нагрузку на оператора, не снижая при этом эффективности работы ЦУПа. Подобранное ПО находится в открытом доступе для скачивания из сети Интернет.
В ходе работы проведены опыты по приему и декодированию сигналов телеметрии с функционирующего спутника. В соответствии с этим, можно сказать, что используемое оборудование и ПО полностью подтверждает работоспособность ЦУПа.
Создана 3D модель общего вида студенческого ЦУПа в среде T-flex.
Помощь студентам и аспирантам в выполнении работ от наших партнеров
