НАУКА и ОБРАЗОВАНИЕ

Файл статьи: Starovoytov_E.pdf (992.05Кб)

УДК 629.7.05

Россия, ОАО "РКК "Энергия" им. С.П. Королева" МГТУ им. Н.Э. Баумана

Для замены ручных лазерных дальномеров на борту транспортных космических аппаратов (КА) разрабатывается лазерный дальномер-скоростемер (ЛСДК) автоматически определяющий скорость сближения и устанавливаемый в негерметичной зоне КА. Наведение ЛСДК на пассивный КА осуществляется путем разворота активного КА вручную экипажем по видеоизображению, формируемому телекамерой стыковки. С использованием обобщенной функции эффективности была выполнена оценка характеристик ЛСДК. Сравнение с результатами, полученными для существующих аналогов, показывает, что ЛСДК имеет наибольшую эффективность. В результате анализа зависимости точности измерения скорости и надежности лазерного источника ЛСДК получены множества Парето, которые позволяют осуществить оптимизацию режима работы прибора. Установлено, что вероятность безотказной работы (ВБР), равная 0,999 для ЛСДК обеспечивается при времени осреднения результатов измерения дальности 1,0 с и погрешности измерения дальности 0,8…0,9 м. Увеличение времени осреднения результатов измерения дальности до значения 1,5 с позволяет обеспечить ВБР, равную 0,999 при погрешности измерения дальности 2,2…2,5 м. Проведены энергетические расчеты для дальности измерений 5 км по космическому комплексу со сложной конфигурацией типа Международной космической станции (МКС) для случаев с максимальным и минимальным значением эффективной площади отражения. При энергии лазерного импульса 11,5 мДж обеспечиваются измерения по диффузно отраженному сигналу на дальностях не менее 5 км при отношении сигнал/шум не менее 10. При подсветке УО дальность измерений составляет свыше 30 км. В связи с большим количеством УО на корпусе МКС рассмотрено использование геометрического фактора для защиты фотоприемного устройства (ФПУ) от перегрузки при приеме сигнала от близкорасположенного УО. Установлено, что при длине базы между приемной и передающей оптическими апертурами, равной 39 мм обеспечивается защита ФПУ от перегрузки при энергиях импульса до 11,5 мДж. Представлены результаты оценки эффективности с использованием обобщенной функции для лазерных источников разных типов. Наибольшую эффективность имеет ПГС на основе неодимового лазера с диодной накачкой. При увеличении энергии импульса и снижении массогабаритных характеристик ВЛ, в перспективе возможно их использование в ЛСДК вместо твердотельных лазеров.

1. Старовойтов Е.И. Исторические аспекты развития и принципы построения бортовых лазерных локационных систем для сближения и стыковки космических аппаратов // Наука и образование. МГТУ им. Н.Э. Баумана. Электрон. журн. 2013. № 11. Режим доступа: http://technomag.bmstu.ru/doc/654681.html (дата обращения 15.01.2014).
2. Гончаров А.Д., Громов А.В., Зиновьев В.В. Приборы артиллерийской разведки: учеб. пособие. СПб.: НИУ ИТМО, 2012. 232 с.
3. Оружие и технологии России. Т. 11. Оптико-электронные системы и лазерная техника / Под общ. ред. С.Б. Иванова. М.: ИД «Оружие и технологии», 2005. 720 с.
4. Goodman J.L. History of Space Shuttle Rendezvous. Режим доступа:http://ntrs.nasa.gov/archive/nasa/casi.ntrs.nasa.gov/20110023479.pdf (дата обращения 01.03.2014).
5. Боровиков С.М. Теоретические основы конструирования, технологии и надежности. Минск: Дизайн ПРО, 1998. 336 с.
6. Старовойтов Е.И., Савчук Д.В. Парето-оптимизация параметров бортовых лазерных локационных систем космических аппаратов // Наука и образование. МГТУ им. Н.Э. Баумана. Электрон. журн. 2013. № 4. Режим доступа: http://technomag.edu.ru/doc/574259.html (дата обращения 03.06.2013).
7. Старовойтов Е.И., Савчук Д.В. Исследование и оптимизация применения уголковых отражателей для локации космических объектов // Космическая техника и технологии. 2013. № 1. С. 38-43.
8. Демидов Д.В. Обзорно-поисковые оптические пеленгаторы // Молодежный научно-технический вестник. МГТУ им. Н.Э. Баумана. Электрон. журн. 2013. № 8. Режим доступа: http://sntbul.bmstu.ru/doc/580267.html (дата обращения 23.10.2013).
9. Лазерный дальномер с синхронным накоплением эхо-сигналов и встроенным телевизионным каналом // Государственный Рязанский приборный завод: сайт. Режим доступа: http://www.grpz.ru/production/civil/laser/15/ (дата обращения 01.03.2014).
10. Jenoptik Diode-pumped Er: Glass ELEM-DP 10k LRF. Режим доступа:http://www.idssi.com/products/lrf/elem/elem-dp10k.aspx#.UxEKe-N_uNA (дата обращения 01.03.2014).
11. K - Series Laser Rangefinders . Режим доступа:http://cvs.flir.com/laser-rangefinder-mlr2k (дата обращения 01.03.2014).
12. Ставров А.А., Поздняков М.Г. Импульсные лазерные дальномеры для оптико-локационных систем // Доклады БГУИР. 2003. Т.1, № 2. С. 59-65.
13. Вильнер В., Ларюшин А., Рудь Е. Методы повышения точности импульсных лазерных дальномеров // Электроника: наука, технология, бизнес. 2008. № 3. С.118-123.
14. Старовойтов Е.И. Анализ надежности лазерных локационных систем для управления движением космических аппаратов // Наука и образование. МГТУ им. Н.Э. Баумана. Электрон. журн. 2014. № 2. Режим доступа: http://technomag.bmstu.ru/doc/699720.html (дата обращения 31.03.2014).
15. Ногин В.Д. Принятие решений в многокритериальной среде: количественный подход. 2-е изд., испр. и доп. М.: ФИЗМАТЛИТ, 2004. 176 с.
16. Поляков В.М., Покровский В.П., Сомс Л.Н. Лазерный передающий модуль с переключаемой диаграммой направленности для космического аппарата “ФОБОС-ГРУНТ” // Оптический журнал. 2011. Т. 78, № 10. С . 4 - 9.
17. Импульсные иттербиевые лазеры // НТО «ИРЭ-Полюс»: сайт. Режим доступа: http://www.ntoire-polus.ru/products_low_ili.html (дата обращения 27.02.2014).
18. LIDAR-Erbium-Pulsed-Fiber-Lasers. Режим доступа:http://www.vgen.com/wp-content/uploads/LIDAR-Erbium-Pulsed-Fiber-Lasers.pdf (дата обращения 27.02.2014).
19. Старовойтов Е.И., Савчук Д.В., Зубов Н.Е. Выбор лазеров для увеличения дальности бортовых локационных систем космических аппаратов // Наука и образование. МГТУ им. Н.Э. Баумана. Электрон. журн. 2013. № 8. Режим доступа: http://technomag.bmstu.ru/doc/609292.html (дата обращения 20.08.2013).
20. Назаров В.Н., Балашов И.Ф. Энергетическая оценка импульсных лазерных дальномеров: Электронный учебник по дисциплине «Специальные оптические приборы». СПбГУ ИТМО, 2002. 38 с. Режим доступа: http://de.ifmo.ru/bk_netra/start.php?bn=27 (дата обращения 19.01.2012).
21. Circle-Circle Intersection // MathWorld: website. Режим доступа: http://mathworld.wolfram.com/Circle-CircleIntersection.html (дата обращения 03 .0 3 . 20 1 4) .