Способ проведения натурных испытаний аппаратуры в космосе и система для его осуществления Российский патент 2023 года по МПК B64G4/00 

Изобретение относится к области испытаний аппаратуры, приборов, их компонентов (включая материалы), предназначенных для применения в космосе на космических летательных аппаратах, средствах выведения, межпланетных станциях, при реализации миссий на поверхности внеземных планет. Испытания проводятся в реальных полях мировых систем наземной и космической связи и навигации, гравитационных и/или магнитных полях Земли, Солнца и Луны с реальными образами звезд, планет, спутников, космических аппаратов (КА) во всех диапазонах излучений, исследуемых факторов космического пространства одновременно с синергетическим воздействием дестабилизирующих факторов космического пространства (ФКП). Испытания состоят в проверке работоспособности функционирования аппаратуры, алгоритмов ее работы, стойкости компонентов и материалов к ФКП, правильности выбранных конструктивных, схемных и технологических решений. Изобретение может быть использовано для определения на орбите характеристик бортового оборудования в виде унифицированных модулей с использованием роботизированного манипулятора многоцелевого лабораторного модуля «Наука» на Международной космической станции (МКС) и/или Российской орбитальной служебной станции (РОСС).

Известен способ оценки стойкости материалов космической техники к воздействию факторов космического пространства, заключающийся в том, что образцы испытуемых материалов размещают на поверхности космического аппарата, экспонируют в течение заданного срока, помещают в контейнер, а затем возвращают на Землю, где в лабораторных условиях определяют изменение свойств испытуемых материалов, по которым судят о стойкости [1].

К недостаткам известного технического решения относится ограниченность объема оцениваемых характеристик объекта испытаний, обусловленная объектом испытаний и отсутствием информации о поведении объекта в составе изделия под нагрузкой в реальных условиях при натурных испытаниях.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту является известное из уровня техники техническое решение [2] и принятое за прототип для предлагаемого способа. Согласно известному техническому решению, относящемуся к области испытаний, преимущественно полимерных материалов, входящих в состав конструкций космических аппаратов, в условиях открытого космоса и на Земле.

Предложенный в патенте [2] способ предусматривает размещение образцов материалов на поверхности космического аппарата и их экспонирование в течение заданного срока. Затем образцы помещают в транспортный контейнер, который герметизируют в условиях открытого космоса, и возвращают на Землю, где в лаборатории определяют изменение свойств материалов, по которому судят об их стойкости. При лабораторных исследованиях помещают герметичный транспортный контейнер в вакуумную камеру с контролируемой инертной средой, где его раскрывают и извлекают образцы. Образцы размещают в отдельном герметичном пенале, проводят вакуумирование камеры и продолжают испытания образцов для определения изменения их свойств в вакуумной камере. Предполагается уменьшить постэкспозиционное влияние земной атмосферы на испытанные в космосе образцы.

Для предложенного в патенте [2] способа испытаний ограничен объем оцениваемых характеристик объекта испытаний, что обусловлено выбором объекта испытаний и отсутствием информации о поведении объекта под нагрузкой в составе изделия в реальных условиях при натурных испытаниях.

Из уровня техники известно техническое решение [3], относящееся к тепловым имитационным стендам для испытаний аппаратуры космических аппаратов, выводимых на околоземную орбиту. Стенд содержит малогабаритную вакуумную камеру с криогенным и соосным ему дополнительным экранами, выполненными из материала с высокой теплопроводностью и нанесенным на его внутреннюю и внешнюю поверхности покрытием с максимальной степенью черноты. Имеется приспособление, например, в виде имитатора термоплаты для установки объекта испытаний внутри дополнительного экрана. В кольцевой полости между экранами равномерно расположены нагреватели с регулируемой мощностью. В торцевой части вакуумной камеры могут быть установлены инфракрасные нагреватели.

Недостатки данного технического решения заключаются в низкой функциональности, связанной с проведением исключительно имитационных наземных термовакуумных испытаний и, следовательно, недостаточной достоверностью испытаний, что является следствием невозможности аппаратной оценки совокупного синергетического воздействия на аппаратуру космических аппаратов.

Известна система полетного тестирования [4], включающая бортовое оборудование спутника и наземную станцию, содержащую радиочастотный усилитель и радиочастотную передающую антенну. Усилитель формирует на входе антенны широкополосные (не менее полосы приема бортового транспондера спутника) тестовые тепловые шумы с регулируемой спектральной плотностью мощности. Ретранслированные оборудованием тепловые шумы поступают в порт испытательного стенда, содержащего устройства сбора, хранения и корреляции данных, связанных с тепловыми шумами, соединенного портом с инфраструктурой дистанционного управления и телеметрии.

Недостатки данного технического решения заключаются в недостаточной полноте испытаний, обусловленной отсутствием фиксации воздействующих факторов окружающей среды и оценкой функционирования лишь бортового оборудования радиоканала. Выявленные в процессе испытаний недостатки можно устранить только на космических аппаратах, проектирование и производство которых предполагается в дальнейшем, что приводит к значительным затратам.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту для системы, предлагаемой для осуществления способа, является система (стенд) для проведения на орбите натурных испытаний сложных унифицированных модулей бортовой аппаратуры (декодер командно-программной и телеметрической информации, унифицированный модем высокоскоростной радиолинии, бортовая ЭВМ) космического аппарата [5]. Сложные унифицированные модули бортовой аппаратуры компонуются в выносной блок, размещенный в открытом космическом пространстве и представляющий собой крейт. Проведение испытаний обеспечивает тестовая аппаратура, размещенная частично в выносном блоке, частично в герметичном отсеке космического аппарата. Применение крейта для размещения испытуемой аппаратуры в космическом пространстве повысит достоверность оценки поведения унифицированных модулей под воздействием дестабилизирующих факторов космического пространства в связи с проявлениями синергетического эффекта при натурных испытаниях.

Недостатки известного технического решения заключаются в низкой функциональности, связанной с недостаточной достоверностью испытаний, связанной с отсутствием фиксации воздействующих факторов окружающей среды.

В свою очередь, предлагаемая группа изобретений позволит решить выявленные технические противоречия и предложить ряд технических средств для их решения при лучшей функциональности и достоверности получаемой информации за счет проведения натурных испытаний аппаратуры в космосе под нагрузкой в реальных полях мировых систем наземной и космической связи и навигации, гравитационных и/или магнитных полях Земли, Солнца и Луны с реальными образами звезд, планет, спутников, космических аппаратов во всех диапазонах излучений, исследуемых факторов космического пространства одновременно с синергетическим воздействием дестабилизирующих факторов космического пространства. Испытания состоят в проверке работоспособности функционирования аппаратуры, алгоритмов ее работы, стойкости компонентов и материалов к факторам космического пространства, правильности выбранных конструктивных, схемных и технологических решений.

Предложен способ проведения в космическом пространстве натурных испытаний аппаратуры, компонентов аппаратуры и материалов для изготовления аппаратуры, включающий доставку испытуемой аппаратуры в космическое пространство, подключение измерительной аппаратуры, нахождение под действием факторов космического пространства и/или техногенных факторов в течение заданного времени, телеметрирование процесса испытаний, отключение и возвращение на Землю для исследований. Предложено устанавливать испытуемую аппаратуру в унифицированном модуле, который размещают в выносном крейте для испытаний в космическом пространстве. Крейт может быть расположен вне зоны влияния атмосферы орбитальной станции. Унифицированный модуль полностью оснащается на Земле испытуемыми объектами и служебными субблоками для организации процесса испытаний в части подачи на объекты испытаний информационно-управляющих воздействий и регистрации их реакции и параметров воздействующих факторов. Унифицированный модуль перед отправкой на орбитальную станцию подвергается наземным испытаниям с использованием унифицированной контрольной проверочной аппаратуры для оценки готовности к началу испытаний на орбитальной станции. Испытуемая аппаратура может быть возвращена после проведения натурных испытаний, при этом во время воздействия факторов космического пространства и/или техногенных факторов испытуемая аппаратура находится под воздействием рабочей нагрузки, например, подключена к источнику электрического питания. Установка унифицированного модуля в выносной крейт для испытаний в космическом пространстве, может быть выполнена роботом-манипулятором либо космонавтом в рамках внекорабельной деятельности. Подключение унифицированного модуля к средствам измерений осуществляется по технологии Plug and Play. Предусматривается защита от внешних воздействий (консервация) мест размещения унифицированного модуля до и после его размещения в выносном крейте.

Предложена система для осуществления способа натурных испытаний аппаратуры в космосе, включающая выносной крейт, располагаемый в открытом космическом пространстве вне герметичного отсека космического аппарата, для размещения испытуемой аппаратуры в составе по крайней мере одного унифицированного модуля и по крайней мере одного унифицированного служебного блока, связанного электрически и информационно с внутренним блоком тестовой аппаратуры. В отличие от аналогов система включает средства, обеспечивающие установку в крейт для испытаний в космическом пространстве унифицированного модуля с извлечением после завершения испытания, при этом выносной крейт для испытаний в космическом пространстве обеспечивает размещение, по меньшей мере, одного унифицированного модуля с испытуемой аппаратурой, упомянутого унифицированных служебных блоков, и для каждого унифицированного модуля выделен унифицированный разъем с информационными, управляющими цепями и цепями питания, причем внутренний блок тестовой аппаратуры, располагаемый внутри герметичного отсека космического аппарата, связан электрически и информационно с внешними унифицированными служебными блоками посредством проводного канала передачи данных. Средства, обеспечивающие установку в выносной крейт для испытаний в космическом пространстве унифицированного модуля, представляют собой систему, содержащую функционально робот-манипулятор и бортовой компьютер управления роботом-манипулятором. Унифицированный модуль может быть установлен в выносной крейт для испытаний в космическом пространстве либо с использованием робота-манипулятора, либо космонавтом в рамках внекорабельной деятельности. Унифицированный модуль выполнен на основе, по меньшей мере, одной печатной платы. Унифицированный модуль имеет в своем составе унифицированный разъем для подключения к выносному крейту для испытаний в космическом пространстве и средства фиксации в крейте. Подключение унифицированного модуля осуществляется по технологии Plug and Play.

Не используемые в текущий момент части выносного крейта для испытаний в космическом пространстве, предназначенные для размещения унифицированных модулей, защищены от внешних воздействий. Сенсоры для оценки параметров условий внешней окружающей среды связаны через датчико-преобразующую аппаратуру с вычислительным устройством внутреннего блока тестовой аппаратуры. Внутренний блок тестовой аппаратуры содержит вычислительное устройство, интерфейсы взаимодействия с бортовой телеметрической системой, интерфейсы взаимодействия с бортовой вычислительной машиной и блок питания. Выносной крейт для испытаний в космическом пространстве может быть расположен вне зоны влияния атмосферы космического аппарата, электрически и информационно связан с внутренним блоком тестовой аппаратуры посредством трос-кабеля через гермопереходы внешней поверхности космического аппарата и шарнирно закреплен на внешней поверхности космического аппарата. Унифицированный модуль полностью оснащается на Земле испытуемой аппаратурой и служебными субблоками предназначенными для организации процесса испытаний в части подачи на испытуемую бортовую аппаратуру информационно-управляющих воздействий и регистрации ее реакции и параметров воздействующих факторов с возможностью возвращения после проведения натурных испытаний.

Сущность заявляемой группы изобретений поясняется графическими материалами (фиг. 1, 2 и 3):

На фиг. 1 представлены воздействующие факторы на испытуемую аппаратуру в космическом пространстве.

На фиг. 2 представлена последовательность подготовки и проведения натурных испытаний испытуемой аппаратуры (на орбите Международной космической станции).

На фиг. 3 представлена структура выносного крейта.

На фиг. 1 обозначено:

поз. а - воздействие на испытуемую аппаратуру полей мировых систем наземной и космической связи и навигации (техногенные факторы);

поз. b - воздействие на испытуемую аппаратуру дестабилизирующих факторов космического пространства;

поз. с - воздействие на испытуемую аппаратуру гравитационных и/или магнитных полей Земли, Солнца и Луны;

поз. d - воздействие всех диапазонов излучений звезд, планет, спутников, космических аппаратов;

поз. с - воздействие на испытуемую аппаратуру исследуемых факторов космического пространства (частные, конкретные исследуемые факторы, для изучения воздействия которых созданы опытные образцы испытуемой аппаратуры, например, энергичные гамма и ультрафиолетовые вспышки в атмосфере Земли);

поз. f - учитываемые параметры аппаратуры (функционирование выбранных схемных решений, алгоритмов, конструктивных решений, технологических решений, комплектующих изделий, материалов).

На фиг. 2 обозначены следующие стадии в последовательности проведения натурных испытаний аппаратуры в космосе:

поз. а - разработка и изготовление унифицированных модулей с испытуемой бортовой аппаратурой (осуществляется на Земле);

поз. б - наземные испытания унифицированных модулей с испытуемой бортовой аппаратурой (осуществляется на Земле);

поз. в - доставка унифицированных модулей с испытуемой бортовой аппаратурой на орбиту (осуществляется с помощью кораблей пилотируемой программы);

поз. г - позиционирование и фиксация унифицированных модулей с крейтом (осуществляется космонавтом в космосе в рамках внекорабельной деятельности и/или роботом-манипулятором);

поз. д - подключение унифицированных модулей с испытуемой бортовой аппаратурой по технологии Plug and Play (осуществляется изнутри герметичного отсека космического аппарата);

поз. е - испытания испытуемой бортовой аппаратуры в составе унифицированных модулей (осуществляется в космосе по программе испытаний);

поз. з - отключение питания на крейт и отключение унифицированных модулей (осуществляется космонавтом изнутри герметичного отсека космического аппарата);

поз. и - демонтаж унифицированных модулей с испытуемой бортовой аппаратурой из крейта (осуществляется космонавтом в космосе в рамках внекорабельной деятельности и/или роботом-манипулятором);

поз. к - консервация посадочного места в крейте (осуществляется космонавтом в космосе в рамках внекорабельной деятельности и/или роботом-манипулятором);

поз. л - доставка унифицированных модулей с испытуемой бортовой аппаратурой на Землю (осуществляется с помощью спускаемого аппарата корабля пилотируемой программы);

поз. м - послеполетные исследования унифицированных модулей с испытуемой бортовой аппаратурой (осуществляются на Земле);

поз. н - анализ результатов испытаний (осуществляется на Земле).

На фиг. 3 обозначены:

поз. 1 - каркас крейта для испытаний в космическом пространстве;

поз. 2 - унифицированный модуль для испытаний в космическом пространстве с размещаемой в нем испытуемой бортовой аппаратурой;

поз. 3 - средства фиксации унифицированного модуля в выносном крейте;

поз. 4 - унифицированный разъем с информационными, управляющими цепями и цепями питания;

поз. 5 - служебные субблоки, предназначенные для организации процесса испытаний в части подачи на испытуемую бортовую аппаратуру информационно-управляющих воздействий и регистрации ее реакции и параметров воздействующих факторов;

поз. 6 - испытуемая аппаратура, размещенная в унифицированном модуле;

поз. 7 - кросс поле для организации связей между внутренними унифицированными и внешними разъемами крейта, кросс поле содержит цепи унифицированных информационных сечений, управляющие цепи и цепи питания;

поз. 8 - унифицированный служебный блок (блоки) для организации испытаний испытуемой аппаратуры (в составе крейта);

поз. 9 - внешние разъемы крейта для испытаний в космическом пространстве.

Осуществление группы изобретений можно пояснить следующим образом (фиг. 1-3). Как и было указано выше, предложенный способ проведения натурных испытаний аппаратуры в космосе и система для осуществления способа характеризуются следующими отличительными признаками:

- унифицированный модуль 2 полностью оснащается на Земле испытуемой аппаратурой 6 и служебными субблоками 5, предназначенными для организации процесса испытаний в части подачи на испытуемую бортовую аппаратуру 6 информационно-управляющих воздействий и регистрации ее реакции и параметров воздействующих факторов с возможностью возвращения после проведения натурных испытаний;

- унифицированный модуль 2 перед отправкой на орбитальную станцию подвергается наземным испытаниям с использованием унифицированной контрольной проверочной аппаратуры для оценки готовности к началу испытаний на орбитальной станции;

- унифицированный модуль 2 размещают в выносном крейте 1, 9 для испытаний в космическом пространстве, который может быть расположен вне зоны влияния атмосферы космического аппарата;

- унифицированный модуль 2 выполнен на основе, по меньшей мере, одной печатной платы и снабжен средствами его фиксации 3 в выносном крейте 1 для испытаний в космическом пространстве;

- для унифицированного модуля 2 выделен унифицированный разъем 4, 7 с информационными, управляющими цепями и цепями питания;

- установка унифицированного модуля 2 в выносной крейт 1 для испытаний в космическом пространстве выполняется роботом-манипулятором, управляемым бортовым компьютером, и/или космонавтом в рамках внекорабельной деятельности;

- подключение унифицированного модуля 2 осуществляется по технологии Plug and Play;

- выносной крейт 1 для испытаний в космическом пространстве обеспечивает размещение, по меньшей мере, унифицированного модуля 2 с испытуемой аппаратурой 6, внешнего унифицированного служебного блока 8 тестовой аппаратуры, сенсоров для оценки параметров условий внешней окружающей среды;

- внутренний блок тестовой аппаратуры, располагаемый внутри герметичного отсека космического аппарата, связан электрически и информационно с внешним унифицированным служебным блоком 8 тестовой аппаратуры 6 посредством проводного канала передачи данных;

- выносной крейт 1 для испытаний в космическом пространстве электрически и информационно связан с внутренним блоком тестовой аппаратуры посредством трос-кабеля через гермопереходы внешней поверхности космического аппарата и шарнирно закреплен на внешней поверхности космического аппарата;

- выносной крейт 1 для испытаний в космическом пространстве может быть расположен вне влияния атмосферы космического аппарата;

- внутренний блок тестовой аппаратуры содержит вычислительное устройство, интерфейсы взаимодействия с бортовой телеметрической системой, интерфейсы взаимодействия с бортовой вычислительной машиной и блок питания;

- сенсоры для оценки параметров условий внешней окружающей среды связаны через датчико-преобразующую аппаратуру с вычислительным устройством внутреннего блока тестовой аппаратуры;

- во время воздействия факторов космического пространства и/или техногенных факторов испытуемая аппаратура 6 находится под воздействием рабочей нагрузки, например, подключены к источнику электрического питания;

- консервация (операции по защите от внешних воздействий) мест размещения унифицированного модуля 2 до и после его размещения в выносном крейте 1 для испытаний в космическом пространстве.

Натурные испытания бортовой аппаратуры, компонентов и материалов в космосе, то есть фактически составных частей космических аппаратов, с использованием предложенной системы предусматривают оснащение выносного крейта 1 для испытаний в космическом пространстве унифицированными модулями 2 с испытуемой аппаратурой 6 и служебными субблоками 5, обеспечивающими телеметрирование процесса испытаний и сопряжение тестовой аппаратуры с испытуемой через универсальный разъем 4 для оценки параметров условий внешней окружающей среды с возможностью возвращения после проведения натурных испытаний на Землю. Унифицированные модули 2 с испытуемой аппаратурой оснащают и испытывают в земных условиях, доставляют на космический аппарат, размещают в выносном крейте 1 для испытаний в космическом пространстве, расположенном вне влияния атмосферы космического аппарата. Унифицированные модули 2 могут подключаться к измерительной аппаратуре по технологии Plug and Play. Во время воздействия факторов космического пространства и/или техногенных факторов согласно заданной программе испытаний испытуемая аппаратура 6 находится под воздействием рабочей нагрузки, например, подключена к источнику электрического питания. Получаемые в ходе исследований данные телеметрируются, по завершению исследований унифицированные модули 2 с испытуемой аппаратурой 6 возвращают на Землю для дальнейшего изучения испытуемой аппаратуры 6. До и после размещения унифицированных модулей 2 в выносном крейте 1 для испытаний в космическом пространстве предусмотрена защита от внешних воздействий мест размещения (заглушка). Размещение унифицированных модулей 2 с испытуемой аппаратурой 6 в выносном крейте 1, расположенном в открытом космическом пространстве вне герметичного отсека космической станции обеспечивает мониторинг одновременного воздействия на аппаратуру внешних техногенных и природных факторов космического пространства, что невозможно достичь при испытаниях только в земных условиях.

Система для проведения в космическом пространстве натурных испытаний аппаратуры, компонентов аппаратуры и материалов для изготовления аппаратуры включает: выносной крейт 1, располагаемый в открытом космическом пространстве вне герметичного отсека космического аппарата для размещения испытуемой аппаратуры 6 в составе унифицированного модуля (ей) 2, унифицированного служебного блока (ов) 8 с тестовой аппаратурой, сенсорами для оценки параметров условий внешней окружающей среды; средства, обеспечивающие установку в выносной крейт 1 унифицированных модулей 2 (одного унифицированного модуля 2 в предельном случае) с испытуемой аппаратурой 6 и его извлечение после завершения испытания. При этом унифицированный служебный блок 8 с тестовой аппаратурой, связан электрически и информационно с внутренним блоком тестовой аппаратуры. Средствами для установки в выносной крейт 1 для испытаний в космическом пространстве унифицированных модулей являются робот-манипулятор, управляемый бортовым компьютером, или инструменты и оборудование космонавта, используемые для внекорабельной деятельности. Для каждого унифицированного модуля 2 предусмотрен унифицированный разъем 4 с информационными, управляющими цепями и цепями питания и разъем с цепями специализированных входов-выходов, что обеспечивает универсальность с точки зрения испытуемой аппаратуры и ее унификации. Унифицированный модуль 2 включает одну или несколько одно- или многослойных печатных плат и снабжен средствами фиксации с выносным крейтом 1 для испытаний в космическом пространстве, то есть с унифицированными разъемами 4 выносного крейта 1 для испытаний в космическом пространстве. Унифицированные модули 2 могут быть разработаны и изготовлены различными компаниями на разных предприятиях, но их выходы должны сопрягаться с унифицированным разъемом 4 с информационными, управляющими цепями и цепями питания (данная возможность сопряжения разнотипных испытуемых блоков в одной системе обусловлена существующими тенденциями по унификации бортовой аппаратуры космических аппаратов).

Выносной крейт 1 для испытаний в космическом пространстве может быть расположен вне влияния атмосферы космического аппарата, шарнирно закреплен на внешней поверхности космического аппарата, электрически и информационно связан с внутренним блоком тестовой аппаратуры посредством трос-кабеля через гермопереходы внешней поверхности космического аппарата. Выносной крейт 1 для испытаний в космическом пространстве закреплен на штанге длиной не менее метра на шаровом шарнире, содержит элементы крепления и фиксации положения на внешней поверхности космического аппарата. Применение трос-кабеля обеспечивает, по сравнению с применением беспроводного канала передачи данных, снижение уровня помех для иной аппаратуры, повышает электромагнитную совместимость цепей питания, цепей унифицированных информационных связей, цепей специализированных входов-выходов, проходящих через трос-кабель внешний разъем крейта 1 и гермопереходы внешней поверхности космического аппарата. Для оценки параметров условий внешней окружающей среды во время проведения испытаний выносной крейт 1 содержит унифицированный служебный блок 8 с сенсорами (датчиками). Сенсоры для оценки параметров условий внешней окружающей среды связаны через датчико-преобразующую аппаратуру с вычислительным устройством внутреннего блока тестовой аппаратуры, что обеспечивает обработку получаемой информации и ее преобразование в цифровой вид. Внутренний блок тестовой аппаратуры, расположен внутри герметичного отсека космического аппарата для уменьшения и/или нивелирования действия факторов космического пространства, так как внутри герметичного отсека полностью отсутствует ряд факторов космического пространства, например, вакуум, атомарный кислород, широкий диапазон температур, и связан электрически и информационно с унифицированным служебным блоком тестовой аппаратуры посредством проводного канала передачи данных. Внутренний блок тестовой аппаратуры содержит вычислительное устройство, интерфейсы взаимодействия с бортовой телеметрической системой, интерфейсы взаимодействия с бортовой вычислительной машиной и блок питания.

Практическое осуществление предложенного способа поясняется на приведенном ниже неисключительном примере. Выносной крейт 1 для испытаний в космическом пространстве включает унифицированные служебные блоки 8 с тестовой аппаратурой, системой сенсоров космического назначения и унифицированные модули 2 с испытуемой аппаратурой 6, например, декодер командно-программной и телеметрической информации и/или унифицированный модем высокоскоростной радиолинии и/или бортовую ЭВМ, предназначенную для использования в составе космического аппарата, разрабатывают, изготавливают и испытывают на Земле. Каркас крейта 1 содержит шину питания и заземления, коммуникационную шину, предназначенную для информационного обмена между блоками и тестовым оборудованием. Затем выносной крейт 1 для испытаний в космическом пространстве, служебные блоки, унифицированные модули 2 доставляют с помощью ракеты-носителя на орбиту МКС. Выносной крейт 1 для испытаний в космическом пространстве устанавливают с использованием технических средств модуля «Наука» PC МКС [6] на внешней поверхности (обращенной в космос) одного из универсальных рабочих мест или на поворотной платформе космонавтом в рамках внекорабельной деятельности. Выносной крейт 1 для испытаний в космическом пространстве обеспечивает размещение, по меньшей мере, одного унифицированного модуля 2 с испытуемой аппаратурой 6, упомянутых унифицированных служебных блоков 8 с тестовой аппаратурой и сенсорами для оценки параметров условий внешней окружающей среды. Внутрь выносного крейта 1 для испытаний в космическом пространстве унифицированные модули 2 могут быть помещены с помощью манипулятора ERA из шлюзовой камеры [6], с позиционированием и фиксацией унифицированных модулей с выносным крейтом 1, что может осуществляться космонавтом в открытом космосе в рамках внекорабельной деятельности. Затем осуществляют подключение унифицированных модулей 2 с испытуемой аппаратурой по технологии Plug and Play изнутри герметичного отсека и по разработанной программе и методике испытаний проводят испытания аппаратуры 6. После проведения испытаний осуществляют отключение питания на выносной крейт 1 для испытаний в космическом пространстве и отключение унифицированных модулей 2 изнутри герметичного отсека космического аппарата. Затем проводится демонтаж унифицированных модулей 2 с испытуемой аппаратурой из крейта 1 космонавтом в открытом космосе в рамках внекорабельной деятельности и/или роботом-манипулятором, консервация посадочного места в крейте 1 для испытаний в космическом пространстве (осуществляется космонавтом в космосе в рамках внекорабельной деятельности и/или роботом-манипулятором) и доставка унифицированных модулей 2 с испытуемой аппаратурой на Землю с помощью спускаемого аппарата. После чего проводят послеполетные исследования унифицированных модулей 2 с испытуемой аппаратурой на Земле и анализируют результаты испытаний.

Можно привести следующий пример практической реализации предложенной системы для осуществления способа натурных испытаний аппаратуры в космосе, не исключающий иные варианты осуществления, соответствующие существу предложенного изобретения. Разрабатываемая система для осуществления способа натурных испытаний аппаратуры в космосе включает средства, обеспечивающие установку в выносной крейт 1 унифицированных модулей 2 с испытуемой аппаратурой с их последующим извлечением после завершения программы испытаний. Выносной крейт 1 для испытаний в космическом пространстве устанавливаются с использованием технических средств модуля «Наука» PC МКС [6] на внешней поверхности (обращенной в космос) одного из универсальных рабочих мест или на поворотной платформе космонавтом в рамках внекорабельной деятельности. Выносной крейт 1 для испытаний в космическом пространстве обеспечивает размещение, по меньшей мере, одного унифицированного модуля 2 с испытуемой аппаратурой 6, унифицированных служебных блоков 8 с тестовой аппаратурой, сенсорами для оценки параметров условий внешней окружающей среды. Для каждого унифицированного модуля 2 выделен унифицированный разъем 4 с информационными, управляющими цепями и цепями питания и разъем с цепями специализированных входов-выходов. Внутренний блок тестовой аппаратуры, располагаемый внутри герметичного отсека космического аппарата, связан электрически и информационно с унифицированными служебными блоками 8 с тестовой аппаратурой посредством проводного канала передачи данных. Также, выносной крейт 1 для испытаний в космическом пространстве может быть снабжен средствами обеспечения теплового режима унифицированных модулей [7]. Выносной крейт 1 для испытаний в космическом пространстве расположен вне влияния атмосферы космического аппарата, электрически и информационно связан с внутренним блоком тестовой аппаратуры посредством трос-кабеля через гермопереходы внешней поверхности космического аппарата и шарнирно закреплен на внешней поверхности космического аппарата. Внутрь выносного крейта 1 унифицированные модули 8 могут быть помещены с помощью манипулятора ERA из шлюзовой камеры [6], управляемой бортовым компьютером или вручную космонавтом в рамках внекорабельной деятельности.

Унифицированный модуль 2 выполнен на основе, по меньшей мере, одной одно- или многослойной печатной платы и снабжен средствами фиксации с выносным крейтом 1 с унифицированными разъемами 4 выносного крейта 1 для испытаний в космическом пространстве. Подключение унифицированных модулей 2 может быть осуществлено по технологии Plug and Play, а части выносного крейта 1 для испытаний в космическом пространстве, предназначенные для размещения унифицированных модулей, защищены от внешних воздействий. Сенсоры (температуры, радиации, освещенности и т.д.) для оценки параметров условий внешней окружающей среды связаны через датчико-преобразующую аппаратуру с вычислительным устройством внутреннего блока тестовой аппаратуры, который содержит вычислительное устройство, интерфейсы взаимодействия с бортовой телеметрической системой, интерфейсы взаимодействия с бортовой вычислительной машиной и блок питания. В качестве унифицированного разъема 4 может быть применен разъем типа PC 19, имеющий девятнадцать контактов, или аналогичный по конструкции и функциональному назначению [8]. Под специализированными входами/выходами понимается класс входов/выходов, которые используются для взаимодействия с датчиками (сенсорами) и устройствами, обладающими нестандартными параметрами - уровнем сигнала, специфическими исходя из особенностей устройства параметрами питания и программной обработкой [9]. Унифицированный модуль 2 полностью оснащается на Земле испытуемыми объектами 6 и служебными субблоками 5 с сенсорами для оценки параметров условий внешней окружающей среды и телеметрирования процесса испытаний, и после проведения комплекса испытаний отправляется на орбиту с возможностью возвращения после проведения натурных испытаний, выносной крейт 1 готов к установке других унифицированных модулей 2, вновь доставленных на орбиту.

Таким образом, предложенная группа изобретений способ проведения натурных испытаний аппаратуры в космосе и система для осуществления способа обеспечивают универсальность за счет унификации, достоверность и информативность испытаний аппаратуры за счет синергетического действия факторов космического пространства, при лучшей технологичности, следствием чего является стабильность функционирования проектируемых космических аппаратов в течение всего срока активного существования при эксплуатации в космическом пространстве в широком диапазоне температур.

Литература

1. Woll S.L.B, Pippin H.G., Stropki M.A., Clifton S. Materials on International Space Station Experiment (MISSE) // Proc. 8-th International Symposium on "Materials in a Space lnvironment", 5-th Internation Conference on "Protection of Materials and Structures from the LEO Space Environment". Arcachon-France. 2000.

2. Смирнова Т.Н., Александров Н.Г., Бородакова Т.Л., Рожков М.Ю. и др. «Способ оценки стойкости материалов космической техники к воздействию факторов космического пространства». Патент на изобретение RU 2238228. Опубликовано: 20.10.2004. Бюл. №29 Патентообладатель: Федеральное государственное унитарное предприятие "Государственный космический научно-производственный центр им. М.В. Хруничева".

3. Егоров К.В., Алексеев В.А., Копылов В.З., Карабаи Л.В. Стенд для тепловых испытаний радиоэлектронных устройств космических аппаратов. Патент на изобретение RU 2553411. Опубликовано: 10.06.2015. Бюл. №16. Патентообладатель: ОАО «Научно-исследовательский институт точных приборов».

4. Тессандори С.-О., Буске Э., Дюран А.-Д. Способ выявления характеристик функционирования бортового оборудования спутника на орбите и соответствующая система орбитальных испытаний (IOT). Патент RU 2714061. Опубликовано: 11.02.2020. Бюл. №5. Патентообладатель: ТАЛЬ.

5. Жуков А.А., Тюлин А.Е., Хромов О.Е., Чурило И.В. «Концепция натурных испытаний сложных унифицированных блоков бортовой аппаратуры космического назначения. Международная конференция. «Космические системы». 27 апреля 2021 г. Тезисы. - М. Издательство «Перо», МАИ. 2021 [Электронное издание]. С. 14-15.

6. «Справочник пользователя PC МКС» Электронный ресурс http://www.energia.ru/ru/iss/researches/new-iss-researches.html. Дата обращения 24.12.2021.

7. Цаплин С.В., Болычев С.А., Романов А.Е. Теплообмен в космосе: учеб. пособие. Самара. Изд-во Самарского ун-та. 2018. - 92 с.

8. Электронный ресурс http://www.ru.wikipedia.org/wiki/8P8C. Дата обращения: 22.07.2021.

9. Электронный ресурс http://www.compei.ru/lib/98415. Дата обращения: 22.07.2021.

Группа изобретений относится к космической технике, а более конкретно к испытаниям аппаратуры. Представляет собой способ и систему проведения в космическом пространстве натурных испытаний аппаратуры, компонентов аппаратуры и материалов для изготовления аппаратуры. Для этого применяют в космосе вне герметичного отсека космического аппарата выносной крейт, снабженный унифицированными служебными блоками с тестовой аппаратурой и унифицированных модулей с испытуемой аппаратурой. Внутренний блок тестовой аппаратуры располагается внутри герметичного отсека космического аппарата и связан электрически и информационно с внешними служебными блоками. Предусмотрены средства установки в выносной крейт унифицированного модуля с испытуемой аппаратурой с извлечением после завершения испытания, например, робот-манипулятор. Для каждого модуля предусмотрен унифицированный разъем подключения. Унифицированный модуль полностью оснащают на Земле испытуемой аппаратурой и служебными субблоками для телеметрирования процесса испытаний с возможностью его возвращения после проведения натурных испытаний. Во время воздействия факторов космического пространства и/или техногенных факторов испытуемая аппаратура находится под воздействием рабочей нагрузки, например, подключена к источнику электропитания. Достигается универсальность, достоверность и информативность испытаний аппаратуры за счет непосредственного действия факторов космического пространства. 2 н. и 14 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Способ проведения натурных испытаний аппаратуры в космосе, включающий доставку испытуемых объектов в космическое пространство, подключение измерительной аппаратуры, нахождение под действием факторов космического пространства и/или техногенных факторов в течение заданного времени, телеметрирование полученных данных, отключение и возвращение на Землю для исследований, отличающийся тем, что

испытуемую аппаратуру устанавливают в, по меньшей мере, одном унифицированном модуле, который размещают в выносном крейте для испытаний в космическом пространстве, расположенном вне влияния атмосферы космического аппарата, причем

унифицированный модуль полностью оснащается на Земле испытуемой аппаратурой и служебными субблоками для телеметрирования процесса испытаний с возможностью возвращения после проведения натурных испытаний, кроме того

унифицированный модуль перед отправкой на орбитальную станцию подвергается наземным испытаниям с использованием унифицированной контрольной проверочной аппаратуры для оценки готовности к началу испытаний на орбитальной станции, при этом

во время воздействия факторов космического пространства и/или техногенных факторов испытуемая аппаратура находится под воздействием рабочей нагрузки, например, подключены к источнику электрического питания.

2. Способ проведения натурных испытаний аппаратуры в космосе по п. 1, отличающийся тем, что установка унифицированного модуля в выносной крейт для испытаний в космическом пространстве выполняется роботом-манипулятором.

3. Способ проведения натурных испытаний аппаратуры в космосе по п. 1, отличающийся тем, что установка унифицированного модуля в выносной крейт для испытаний в космическом пространстве осуществляется космонавтом в рамках внекорабельной деятельности.

4. Способ проведения натурных испытаний аппаратуры в космосе по п. 1, отличающийся тем, что подключение унифицированного модуля осуществляется по технологии Plug and Play.

5. Способ проведения натурных испытаний аппаратуры в космосе по п. 1, отличающийся тем, что предусматривает защиту от внешних воздействий мест размещения унифицированного модуля до и после его размещения в выносном крейте для испытаний в космическом пространстве.

6. Система для осуществления способа натурных испытаний аппаратуры в космосе, включающая выносной крейт, располагаемый в открытом космическом пространстве вне герметичного отсека космического аппарата, для размещения испытуемой аппаратуры в составе по крайней мере одного унифицированного модуля и по крайней мере одного унифицированного служебного блока, связанного электрически и информационно с внутренним блоком тестовой аппаратуры, отличающаяся тем, что включает средства, обеспечивающие установку в крейт для испытаний в космическом пространстве унифицированного модуля с извлечением после завершения испытания, при этом

выносной крейт для испытаний в космическом пространстве обеспечивает размещение, по меньшей мере, одного унифицированного модуля с испытуемой аппаратурой, упомянутого унифицированных служебных блоков, и

для каждого унифицированного модуля выделен унифицированный разъем с информационными, управляющими цепями и цепями питания и разъем с цепями специализированных входов-выходов, причем

внутренний блок тестовой аппаратуры, располагаемый внутри герметичного отсека космического аппарата, связан электрически и информационно с внешними унифицированными служебными блоками посредством проводного канала передачи данных.

7. Система для осуществления способа натурных испытаний аппаратуры в космосе по п. 6, отличающаяся тем, что средства, обеспечивающие установку в выносной крейт для испытаний в космическом пространстве унифицированного модуля, представляют собой робот-манипулятор, причем система функционально включает бортовой компьютер управления роботом-манипулятором.

8. Система для осуществления способа натурных испытаний аппаратуры в космосе по п. 6, отличающаяся тем, что установка унифицированного модуля в выносном крейте для испытаний в космическом пространстве осуществляется космонавтом в рамках внекорабельной деятельности.

9. Система для осуществления способа натурных испытаний аппаратуры в космосе по п. 6, отличающаяся тем, что унифицированный модуль выполнен на основе, по меньшей мере, одной печатной платы.

10. Система для осуществления способа натурных испытаний аппаратуры в космосе по п. 6, отличающаяся тем, что унифицированный модуль снабжен средствами фиксации с выносным крейтом для испытаний в космическом пространстве с унифицированными разъемами выносного крейта для испытаний в космическом пространстве.

11. Система для осуществления способа натурных испытаний аппаратуры в космосе по п. 6, отличающаяся тем, что подключение унифицированного модуля осуществляется по технологии Plug and Play.

12. Система для осуществления способа натурных испытаний аппаратуры в космосе по п. 6, отличающийся тем, что части выносного крейта для испытаний в космическом пространстве, предназначенные для размещения унифицированного модуля, защищены от внешних воздействий.

13. Система для осуществления способа натурных испытаний аппаратуры в космосе по п. 6, отличающаяся тем, что сенсоры для оценки параметров условий внешней окружающей среды связаны через датчико-преобразующую аппаратуру с вычислительным устройством внутреннего блока тестовой аппаратуры.

14. Система для осуществления способа натурных испытаний аппаратуры в космосе по п. 6, отличающаяся тем, что внутренний блок тестовой аппаратуры содержит вычислительное устройство, интерфейсы взаимодействия с бортовой телеметрической системой, интерфейсы взаимодействия с бортовой вычислительной машиной и блок питания.

15. Система для осуществления способа натурных испытаний аппаратуры в космосе по п. 6, отличающаяся тем, что выносной крейт для испытаний в космическом пространстве расположен вне влияния атмосферы космического аппарата, электрически и информационно связан с внутренним блоком тестовой аппаратуры посредством трос-кабеля через гермопереходы внешней поверхности космического аппарата и шарнирно закреплен на внешней поверхности космического аппарата.

16. Система для осуществления способа натурных испытаний аппаратуры в космосе по п. 6, отличающаяся тем, что унифицированный модуль полностью оснащается на Земле испытуемой аппаратурой и служебными субблоками предназначенными для организации процесса испытаний в части подачи на испытуемую бортовую аппаратуру информационно-управляющих воздействий и регистрации ее реакции и параметров воздействующих факторов с возможностью возвращения после проведения натурных испытаний.