Малоразмерный космический аппарат для экспериментальных исследований условий космической радиосвязи в квазиглобальных спутниковых связных системах

Заявленная полезная модель относится к системам связи с использованием квазиглобальных спутниковых связных систем (ССС) и может быть использовано для повышения надежности канала связи малоразмерного космического аппарата (МКА) с центром управления полетом (ЦУП). Техническим результатом заявленного изобретения является значительное сокращение числа неудачных сеансов связи МКА с ЦУП. Это достигается введением на борту МКА дополнительной спутниковой антенны с антенно-фидерным устройством и резервного канала связи через УКВ модем. Значительно повышается точность полученных экспериментальных данных за счет их «привязки» к текущим координатам спутника и его положению на орбите. Координаты и положение на орбите определяются при помощи дополнительных приборов, установленных на борту - аппаратуры спутниковой навигации ГЛОНАСС/GPS и цифрового трехосного магнитометра. Существующие датчики Солнца и горизонта, установленные в аналоге не обеспечивают необходимую точность определения положения спутника на орбите. 5 ил.

Область техники

Полезная модель относится к квазиглобальным спутниковым связным системам (ССС) и может быть использована для повышения надежности канала связи МКА с центром управления полетом (ЦУП).

Уровень техники

Перспективным направлением для управления малоразмереным космическим аппаратом (МКА) с Земли является использование ССС общего назначения (ГЛОБАЛСТАР, ИРИДИУМ, ИНМАРСАТ, ОРБКОММ и др.). Однако эти системы обладают существенным недостатком - сеансы связи возможны только в определенные временные промежутки. Для оптимизации времени проведения сеансов связи необходимы экспериментальные исследования условий связи на орбите космического аппарата (КА). По экономическим причинам наиболее выгодно для этих целей использовать МКА.

Из уровня техники известен МКА, предназначенный для сбора и передачи на Землю данных экспериментальных исследований условий космической радиосвязи, а также телеметрической информации о положении КА на орбите (см. патент на полезную модель Российской Федерации 45128, опубл. 27.04.2005). Функциональная схема аппарата приведена на фиг.1.

МКА функционирует следующим образом.

После вывода МКА на орбиту включается модем ССС ГЛОБАЛСТАР (1) с активной спутниковой антенной (2). Устанавливается связь с наземным ЦУПом. Производится витковая запись уровня принимаемого сигнала (RSSI) в память бортовой вычислительной машины (3). Одновременно записывается телеметрическая информация с датчиков направления на Солнце и датчика горизонта, входящих в систему ориентации и стабилизацию (6), а также с температурных датчиков. Во время последующего сеанса связи полученная информация передается на Землю. Для независимой оценки работоспособности МКА на его борту установлен аварийный буй системы КОСПАС-САРСАТ АРБ-ТНС (4) с антенной (5). Электропитание спутника осуществляется от батареи (7).

Недостатком известного технического решения является малая продолжительность и количество сеансов с ЦУП.

Раскрытие полезной модели

Техническим результатом заявленной полезной модели является:

- повышение надежности канала связи малоразмерного космического аппарата (МКА) с центром управления полетом (ЦУП), увеличение числа и продолжительности сеансов связи;

- увеличение срока активного существования (САС) аппарата;

- повышение точности наземной обработки полученных экспериментальных данных.

Технический результат заявленной полезной модели достигается тем, что малоразмерный космический аппарат для экспериментальных исследований условий космической радиосвязи в квазиглобальных спутниковых связных системах содержит:

- модем спутниковой связной системы ГЛОБАЛСТАР с антенно-фидерным устройством и спутниковыми приемо-передающими антеннами;

- бортовую вычислительную машину;

- УКВ модем с приемо-передающей антенной;

- аппаратуру спутниковой навигации ГЛОНАСС/GPS с приемными антеннами;

- систему ориентации и стабилизации с датчиками Солнца и датчиком горизонта;

- цифровой трехосный магнитометр;

- систему электропитания, состоящую из солнечной батареи, платы распределения тока и литий - ионного аккумулятора,

- температурные датчики,

при этом вход-выход модема спутниковой связной системы ГЛОБАЛСТАР соединен с первым входом-выходом бортовой вычислительной машины, второй вход-выход бортовой вычислительной машины соединен с входом-выходом УКВ модема, первый вход бортовой вычислительной машины соединен с выходом аппаратуры спутниковой навигации, второй вход бортовой вычислительной машины соединен с выходом цифрового трехосного магнитометра, третьи входы бортовой вычислительной машины соединены с выходами датчиков Солнца, четвертый вход бортовой вычислительной машины соединен с выходом датчика горизонта, пятые входы бортовой вычислительной машины соединены с выходами температурных датчиков, шестой вход бортовой вычислительной машины соединен с выходом системы электропитания.

Краткое описание чертежей

Признаки и сущность заявленной полезной модели поясняются в последующем детальном описании, иллюстрируемом чертежами, где показано следующее.

На фиг.1 - структурная схема космического аппарата для экспериментальных исследований условий космической радиосвязи (аналог), где:

1 - модем ГЛОБАЛСТАР;

2 - активная спутниковая антенна;

3 - бортовая вычислительная машина (БВМ);

4 - аварийный радиобуй АРБ-ТНС;

5 - антенна радиобуя;

6 - система ориентации и стабилизации;

7 - батарея электропитания.

На фиг.2 - структурная схема заявленной схемы малоразмерного космического аппарата, где:

8, 9 - приемо-передающие спутниковые антенны;

10 - антенно-фидерное устройство (АФУ);

11 - модем ГЛОБАЛСТАР;

12 - бортовая вычислительная машина (БВМ);

13 - модем УKB;

14 - приемо-передающая антенна модема УКВ;

15 - аппаратура спутниковой навигации (АСН) ГЛОНАСС/GPS;

16 - приемные антенны АСН;

17 - система ориентации и стабилизации;

18 - цифровой трехосный магнитометр;

19 - система электропитания.

На Фиг.3. - внешний вид космического аппарата.

На Фиг.4 - блок антенно-фидерных устройств (АФУ).

На Фиг.5. - расположение электронных блоков.

Осуществление полезной модели

Сущность заявленной полезной модели заключается в следующем.

Во время полета МКА сигнал RSSI (сигнал качества канала связи «Спутник - КА ГЛОБАЛСТАР - наземная станция сопряжения») от спутниковой связной системы ГЛОБАЛСТАР принимается одной из приемо-передающей спутниковой антенны (8 или 9) и через антенно-фидерное устройство (10) поступает на вход модема ГЛОБАЛСТАР (11). Амплитуда сигнала RSSI для обеспечения устойчивой связи должна быть не менее 3-х единиц шкалы «Уровень сигнала». Витковая запись принятого сигнала осуществляется в память бортовой вычислительной машины (БВМ) (12). Одновременно записывается следующая дополнительная информация:

- местоположение спутника. Информация поступает с аппаратуры спутниковой навигации (АСН) ГЛОНАСС/GPS (15), принятая приемными антеннами (16) от навигационных систем ГЛОНАСС/GPS;

- положение на орбите. Информация о положении спутника в пространстве поступает от цифрового трехосного магнитометра (18) и системы ориентации и стабилизации (17).

На последующем сеансе связи записанная информация передается через спутниковую систему связи (ССС) ГЛОБАЛСТАР в ЦУП. Одновременно из ЦУПа на борт поступают команды управления спутником. На участках орбиты, где спутниковая связь отсутствует, связь с ЦУПом осуществляется по резервному каналу через УКВ модем (13) с приемо-передающей антенной (14).

Таким образом, по сравнению с известными из уровня техники техническими решениями малоразмерный космический аппарат (МКА) имеет целый ряд преимуществ:

- увеличивается число и продолжительности сеансов связи за счет установки дополнительной спутниковой антенны с улучшенными характеристиками;

- за счет использования резервного УКВ канала обеспечивается более высокая надежность проведения сеансов связи с наземным ЦУП;

- существенно увеличивается срок активного существования спутника (САС) за счет установки солнечной батареи и литий-ионного аккумулятора вместо бортовой батареи питания;

- наличие дополнительных сведений о координатах спутника и его положении в пространстве позволит резко повысить точность наземной обработки полученных данных RSSI. Результаты обработки данных могут быть использованы при разработке алгоритмов связи для новых МКА.

Технический результат достигается тем, что в конструкцию космического аппарата (наноспутника) предлагается внести следующие изменения:

- для расширения диаграммы направленности антенны МКА, ввести дополнительную приемо-передающую спутниковую антенну с улучшенными техническими параметрами. Антенну установить на диске антенно-фидерного устройства (АФУ) диаметрально противоположно с существующей антенной;

- для передачи полученных экспериментальных данных на Землю в периоды отсутствия спутниковой связи ввести в схему МКА дополнительный УКВ модем со штыревой малогабаритной приемо-передающей антенной, имеющей широкую диаграмму направленности. УКВ антенну устанавливают в центре диска АФУ, параллельно оси вращения аппарата.

- для увеличения срока активного существования (САС) введены в систему электропитания (СЭП) спутника дополнительно литий-ионный аккумулятор и солнечную батарею (СБ). Элементы СБ расположены на внешней поверхности корпуса МКА;

- с целью повышения точности наземной обработки полученных экспериментальных данных в схему МКА введены дополнительно аппаратура спутниковой навигации (АСН) «ГЛОНАСС/GPS» и трехосевой цифровой магнитометр.

Малоразмерный космический аппарат для экспериментальных исследований условий космической радиосвязи в квазиглобальных спутниковых связных системах, содержащий модем спутниковой связной системы ГЛОБАЛСТАР с антенно-фидерным устройством и спутниковыми приемопередающими антеннами, бортовую вычислительную машину, УКВ модем с приемопередающей антенной, аппаратуру спутниковой навигации ГЛОНАСС/GPS с приемными антеннами, систему ориентации и стабилизации с датчиками Солнца и датчиком горизонта, цифровой трехосный магнитометр, систему электропитания, состоящую из солнечной батареи, платы распределения тока и литий-ионного аккумулятора, и температурные датчики, при этом вход-выход модема спутниковой связной системы ГЛОБАЛСТАР соединен с первым входом-выходом бортовой вычислительной машины, второй вход-выход бортовой вычислительной машины соединен с входом-выходом УКВ модема, первый вход бортовой вычислительной машины соединен с выходом аппаратуры спутниковой навигации, второй вход бортовой вычислительной машины соединен с выходом цифрового трехосного магнитометра, третьи входы бортовой вычислительной машины соединены с выходами датчиков Солнца, четвертый вход бортовой вычислительной машины соединен с выходом датчика горизонта, пятые входы бортовой вычислительной машины соединены с выходами температурных датчиков, шестой вход бортовой вычислительной машины соединен с выходом системы электропитания.