Устройство для ориентации космического аппарата по направлению лазерного луча Российский патент 2020 года по МПК G01C21/24 G01S3/782 

Изобретение относится к области приема и преобразования лазерного излучения различных длин волн для ориентации космических аппаратов при узконаправленной связи между ними.

Известно защищенное патентом изобретение - аналог: патент №2506547, заявка 2012140350/28 МПК G01J 1/44, 2012 год «Приемник импульсных оптических сигналов» (Вильнер В.Г., Волобуев В.Г., Почтарев В.Л., Рябокуль Б.К.). Изобретение относится к технике приема импульсного оптического излучения, преимущественно к приемникам импульсных лазерных дальномеров и подобных устройств для измерения временных интервалов между оптическими импульсами. Приемник импульсных оптических сигналов, содержащий фотоприемник с источником смещения и нагрузкой, подключенной к усилителю, усилитель выполнен в виде двух транзисторных повторителей с общей нагрузкой, вход одного из повторителей подключен к нагрузке фотоприемника, а вход второго повторителя имеет возможность подключения к внешнему источнику сигнала, причем параллельно входам транзисторных повторителей введены ключи, связанные с коммутатором, управляющим их замыканием и размыканием в противофазе. Технический результат заключается в повышении точности временной привязки принятого сигнала и, соответственно, высокой точности измерений с помощью приборов, в которых используется такой приемник. Недостатком изобретения является невозможность его использования, когда не известно направление воздействия лазерного излучения.

Известно защищенное патентом изобретение - аналог: патент №2566370, заявка 2013138906/28 МПК G01J 5/58, 2013 год «Космический приемник-преобразователь лазерного излучения» (Корнилов В.А., Тугаенко В.Ю., Мацак И.С.). Изобретение относится к области создания приемников-преобразователей на основе полупроводниковых фотоэлектрических преобразователей для преобразования электромагнитной энергии лазерного излучения высокой плотности. Заявлена конструкция космического приемника-преобразователя лазерного излучения в двух вариантах исполнения. В первом варианте приемник-преобразователь выполнен в виде трех взаимно перпендикулярных круговых панелей с точкой пересечения, совпадающей с их геометрическими центрами; каждая круговая панель с двух сторон представляет приемную плоскость, на которой установлены фотоэлектрические преобразователи. Тыльные контакты фотоэлектрических преобразователей охлаждаются радиальными прямолинейными, дугообразными и периферийными дугообразными тепловыми трубами. Второй вариант отличается от первого конструкцией тепловых труб: применяются V-образные и дугообразные тепловые трубы. Техническим результатом является повышение мощности и эффективности приемника-преобразователя, повышение КПД преобразования, надежности и ресурса работы. Недостатком изобретения состоит в том, что космический приемник-преобразователь лазерного излучения ориентирован только на прием сигналов излучения высокой интенсивности.

Известно защищенное патентом изобретение - аналог: заявка №2011148951/11, МПК G01S 17/00, 2011 год, патент №2494415, «Способ обнаружения пассивного космического объекта при сближении с ним активного космического аппарата» (Старовойтов Е.И., Афонин В.В.). Способ включает сканирование пространства путем разворота активного КА с жестко установленной на нем лазерной локационной станции (ЛЛС) по каналу тангажа или курса до обнаружения пассивного КА. Ширина диаграммы направленности зондирующего излучения ЛЛС в направлении сканирования минимальна, а в перпендикулярном направлении угол ее расходимости равен угловому размеру зоны обзора. Обнаружение пассивного КА осуществляют в мгновенном поле зрения многоэлементного приемника излучения ЛЛС. Это поле совпадает с диаграммой направленности ЛЛС. Техническим результатом изобретения является повышение надежности за счет исключения оптико-механического сканирования с использованием движущихся деталей. Недостатком способа - аналога является низкая оперативность сканирования, которое осуществляется путем разворота активного КА.

Известно заявленное изобретение - аналог: патент №2619168, от 07.12.2015, «Способ определения направления на активный объект, преднамеренно сближающийся с космическим аппаратом» (Яковлев М.В. и др.), согласно которому принимают сигналы, излучаемые приближающимся активным объектом, измеряют амплитуду и выполняют обработку принимаемых сигналов. Для приема сигналов применяют детекторы плоской формы. Детекторы располагают на поверхности сферической оболочки ортогонально радиус-вектору из центра сферической оболочки к точке касания с детектором. Внутри сферической оболочки помещают материал - поглотитель излучения. Направление на активный приближающийся объект определяют по радиус-вектору, направленному на детектор с максимальной амплитудой регистрируемого сигнала. Недостатком способа - аналога является невозможность одновременной регистрации лазерного излучения в различных диапазонах электромагнитного спектра.

Известно заявленное изобретение - прототип: патент №2653149, от 25.05.2017, «Всенаправленный многоспектральный измеритель лазерного излучения» (Яковлев М.В., Яковлев Д.М.), согласно которому измеритель содержит детекторы плоской формы, расположенные на поверхности сферической оболочки, а также материал - поглотитель излучения внутри сферической оболочки. Детекторы выполнены в виде набора плоских регистрирующих элементов, обладающих различной спектральной чувствительностью и контактирующих между собой через слой изолирующего материала. Реализуемость заявляемого всенаправленного многоспектрального измерителя лазерного излучения подтверждается наличием известных технологий создания и опытом практического применения полупроводниковых фотонных приемников излучения ультрафиолетового, видимого и ближнего инфракрасного (с граничной длиной волны до 1,2 мкм) диапазонов спектра (см., например, монографию: А.В. Войцеховский, И.И. Ижнин, В.П. Савчин, Н.М. Вакив - Физические основы полупроводниковой фотоэлектроники, Томск, Издательский Дом Томского государственного университета, 2013. 560 с.). Недостатком способа - прототипа является сложность конструкции измерителя в виде сферической оболочки, на поверхности которой располагаются детекторы плоской формы.

Целью предполагаемого изобретения является ориентация КА по направлению лазерного луча для осуществления узконаправленной связи между КА.

Указанная цель достигается в заявляемом устройстве ориентации КА по направлению лазерного излучения использованием плоско-параллельной пластины из прозрачного материала с высоким показателем преломления, внизу пластины расположена матрица пикселей, различной спектральной чувствительности, а вверху пластины по центру матрицы установлен коллиматор с диаметром отверстия, соизмеримым с размером ячейки. Поперечный размер матрицы определяется толщиной пластины и максимальным значением угла преломления в заданном диапазоне углов падения.

Обоснование реализуемости и практической значимости заявляемого способа заключается в следующем. Через отверстие коллиматора внутрь плоско-параллельной пластины прозрачного материала проходит узкий луч лазерного излучения, воздействующего на матрицу - позиционно-чувствительный многоспектральный измеритель. Азимутальное направление и угол преломления луча определяются азимутальным направлением и углом падения воздействующего излучения, то есть содержат информацию о направлении воздействия, которое восстанавливается по координатам пикселей с максимальной амплитудой регистрируемого сигнала. Далее сигнал передается на исполнительные органы для осуществления маневра ориентации КА в нужном направлении.

в сложенном или свернутом виде размещают в контейнере на борту КА.

Таким образом, техническая возможность ориентация КА по направлению лазерного луча для осуществления узконаправленной связи между КА не вызывает сомнений.

Изобретение относится к области оптического приборостроения и касается устройства для ориентации космического аппарата по направлению лазерного луча. Устройство содержит плоскопараллельную пластину, выполненную из прозрачного материала с высоким показателем преломления. В нижней части пластины расположена матрица с установленными в ее ячейках пикселями различной спектральной чувствительности. В верхней части пластины по центру матрицы установлен коллиматор с диаметром отверстия, соизмеримым с размером ячейки матрицы. Поперечный размер матрицы выбран исходя из толщины пластины и максимального значения угла преломления луча лазера в заданном диапазоне спектра излучения. Технический результат заключается в упрощении конструкции устройства.

Устройство для ориентации космического аппарата по направлению лазерного луча, содержащее набор изолированных друг от друга регистрирующих элементов различной спектральной чувствительности, образующих детектор плоской формы, отличающееся тем, что содержит плоскопараллельную пластину, выполненную из прозрачного материала с высоким показателем преломления, в нижней части пластины расположена матрица с установленными в ее ячейках пикселями различной спектральной чувствительности, а в верхней части пластины по центру матрицы установлен коллиматор с диаметром отверстия, соизмеримым с размером ячейки матрицы, при этом поперечный размер матрицы выбран исходя из толщины пластины и максимального значения угла преломления луча лазера в заданном диапазоне спектра излучения.