Система управления дистанционным запуском моделей ракет по Wi-Fi каналу Российский патент 2024 года по МПК G05B19/409 F41F3/04 

Изобретение относится к космической технике, а именно к устройствам с передачей команд по Wi-Fi каналу, используемым для дистанционного запуска действующих моделей ракет.

Из уровня техники известен модельный ракетный комплекс /1, патент RU 2328330 C1/, включающий в себя провода, предохранитель и источник питания для дистанционного запуска ракеты, осуществляющий дистанционный пуск посредством проводов. При использовании системы запуска, описанной в данном патенте, пуск модели ракеты может произойти преждевременно или случайно из-за индукции электрического тока в проводниках при воздействии электромагнитных полей рассеяния или из-за неисправностей в электрической цепи прибора. С учетом отрицательного воздействия представленных факторов более безопасным является использование устройства с беспроводным управлением. Так, известно устройство дистанционного включения и выключения электрического аппарата из патента /2, RU 2191484 C2/. Оно предназначено для управления различной радиоэлектронной аппаратурой и построено на использовании пульта, излучающего кодированный сигнал с частотой 36 КГц, входного устройства, принимающего этот сигнал, включателя декодера. В патенте /3, RU 2702848 C2/ для дистанционного запуска используется пульт радиоуправления для электрических устройств и способ передачи команды электрическому устройству. Пульт содержит электронную плату, включающую электронный передатчик для передачи уникального кода управления, сформированного микропроцессором, данные передаются поочерёдно на двух частотах, что повышает надёжность управления. Недостатком рассмотренных последних двух изобретений является необходимость создания технически сложного пульта дистанционного управления, который представляет собой радиопередающее устройство.

Ближайшим аналогом предлагаемого изобретения является система дистанционного пуска твердотопливного двигателя модели ракеты, сведения о которой опубликованы в журнале Актуальные проблемы авиации и космонавтики /4, Актуальные проблемы авиации и космонавтики Т. 1, 2018 (Разработка системы дистанционного пуска твердотопливного двигателя модели ракеты / Д.И. Быстров, С.В. Марченко, А.А. Пучков, С.А. Зоммер, В.Д. Дерябкин // Актуальные проблемы авиации и космонавтики. Т. 1. 2018. - С. 82-84. /. Представленная система состоит из блока дистанционного запуска и пульта дистанционного управления. В качестве элемента питания блока дистанционного запуска используется Li-ion аккумуляторные батареи типа 18650. Блок дистанционного запуска располагается в непосредственной близости от стартового стола и соединяется при помощи проводов с зажимами типа «крокодил» с воспламенителем, который, в свою очередь, находится в непосредственном контакте с твердым топливом. Корпус блока дистанционного запуска изготовлен из фанеры (толщина - 6 мм), что защищает аппаратуру блока от возможных поражающих элементов при запуске ракеты. Для организации беспроводной связи между пультом и блоком запуска используется радиосигнал с частотой 2,4 ГГц. На лицевой панели пульта расположен ряд светодиодных индикаторов, показывающих текущий режим работы блока и состояние вспомогательных систем. Данная система позволяет отказаться от использования проводов, однако требует изготовления пульта управления, представляющего собой сложное радиопередающее устройство. Также в системе отсутствует возможность дистанционного мониторинга целостности запала.

Техническая проблема, решаемая предлагаемым изобретением, заключается в создании дистанционной системы запуска моделей ракет, которая позволяет использовать в качестве пульта управления любой смартфон с актуальной версией операционной системы (типа Android, IOS), либо ноутбук с актуальной операционной системой (типа AstraLinux, MacOS, Windows), включающие в свой состав модуль Wi-Fi. Дополнительно необходимо осуществлять мониторинг целостности воспламенителя, находящегося в контакте с твердотопливным двигателем модели ракеты.

Необходимость решения такой технической проблемы продиктована тем, что в России идёт активное развитие ракетомодельного спорта среди студентов и школьников путём проведения спортивно-технических мероприятий по запуску моделей ракет. При проведении такого запуска требуется обеспечение высокого уровня безопасности человека, осуществляющего этот запуск. Дополнительным плюсом предлагаемого решения технической проблемы является предоставляемая возможность одновременного доступа к информации о текущем состоянии запуска всем участникам, привлечённым к спортивно-техническому мероприятию, а также контроль за целостностью воспламенителя.

Предлагаемое изобретение включает в себя аппаратную часть, работающую под управлением программной части, что позволяет осуществить запуск модели ракеты посредством Wi-Fi канала.

Устройство состоит из двух частей: приёмо-передающего управляющего блока и блока мониторинга целостности воспламенителя твердотопливного двигателя модели ракеты.

Отличие от ближайшего аналога заключается:

1. В возможности осуществлять дистанционный беспроводный запуск модели ракеты без специальных устройств (пульта управления), посредством использования смартфона или ноутбука, взаимодействующих с приёмо-передающим управляющим блоком.

2. В возможности осуществлять мониторинг целостности воспламенителя твердотопливного двигателя модели ракеты посредством использования блока мониторинга целостности воспламенителя.

Сущность изобретения заключается в том, что вышеуказанные блоки, взаимодействующие между собой, выполненные на одной печатной плате, позволяют осуществить дистанционный пуск модели ракеты с контролем целостности её воспламенителя. Приёмо-предающий управляющий блок содержит: микроконтроллер ESP8266 подключенный кабелем IPEX-SMA к внешней антенне, также к указанному микроконтроллеру подключён электронный ключ, представляющий собой n-канальный полевой транзистор типа CJ2302 с пороговым напряжением на затворе менее 3В и максимальным значением тока «сток-исток» в пределах от 2А до 5А. Блок мониторинга целости воспламенителя твердотопливного двигателя ракеты представляет из себя схемотехническую реализацию моста Уитстона и подключён к аналого-цифровому преобразователю микроконтроллера ESP8266.

В качестве элемента питания предлагаемого устройства может быть использован любой источник постоянного тока (например, три последовательно соединённых батареи 18650) с суммарным напряжением в пределах от 7В до 15В и максимальным током нагрузки - от 2А до 5А. Для стабилизации напряжения питания микроконтроллера ESP8266 используется последовательно соединённые линейные стабилизаторы напряжения L7805 и AMS1117.

Данное устройство построено на использовании микроконтроллера ESP8266, который, с одной стороны, необходим для подачи управляющего сигнала на электронный ключ, реализованный на базе n-канального полевого транзистора, подключающий воспламенитель к источнику высокого тока (батареи) для запуска твердотопливного двигателя модели ракеты по приходу дистанционно полученного сигнала означающего «старт». Такой сигнал включает в себя проверочный код, необходимый для защиты от несанкционированного запуска. С другой стороны, микроконтроллер ESP8266 используется для получения сигнала «старт», для чего осуществляет приём и передачу данных в режиме Wi-Fi роутера, обеспечивающего быстрый обмен информацией с подключёнными посредством специального программного обеспечения смартфонами или ноутбуками пользователей (участниками спортивно-технических мероприятий). Блок мониторинга целостности воспламенителя устройства используется для измерения сопротивления воспламенителя в течение всех этапов проведения запуска модели ракеты (подготовка к запуску и сам запуск). Стабилизатор напряжения на основе двух последовательно соединённых стабилизаторов необходим для равномерного рассеивания мощности при питании микроконтроллера. N-канальный полевой транзистор, используемый в качестве электронного ключа, выбран такого типа, поскольку управление им происходит за счёт изменения приложенного между его истоком и затвором напряжения. В результате такое решение позволяет использовать входы-выходы микроконтроллера ESP8266 без подключения дополнительных буферных компонентов. Схема, построенная на использовании измерительного моста Уитстона, вошла в состав блока мониторинга целостности воспламенителя из-за её способности точно определять низкоомное сопротивление, присущее воспламенителю в неактивированном состоянии.

Устройство представлено на следующих чертежах: фиг. 1 - Структурная схема системы управления дистанционным запуском моделей ракет по Wi-Fi каналу, фиг. 2 - Общая схема запуска модели ракеты на основе твёрдотопливного двигателя, фиг. 3 - Лабораторный прототип системы управления дистанционным запуском модели ракеты на основе твёрдотопливного двигателя.

Структурная схема (см. фиг. 1) определяет основные функциональные части устройства, их назначение и взаимосвязи.

Устройство работает следующим образом.

При подключении источника питания к устройству дистанционного запуска через преобразователь напряжения (блок 1), приёмопередающий управляющий блок (блок 1) генерирует два набора данных. Первый содержит уникальный четырёхзначный код, дающий доступ к функции запуска, а второй - содержит информацию от блока мониторинга целостности воспламенителя (блок 2). Дешифрировать код для осуществления запуска, переданный с помощью антенны устройством управления, возможно только одному из участников пуска модели ракеты (см. фиг. 2 - участник с двунаправленной стрелкой), который и инициирует команду «старт», в результате которой устройство управления посредством электронного ключа (блок 1) подключает источник питания к воспламенителю, тем самым осуществляя запуск модели ракеты.

Остальным участникам мероприятия (см. фиг. 2 - участники с однонаправленной стрелкой) доступна следующая информация: о состоянии воспламенителя, о моменте запуска, о количестве подключённых пользователей.

В целом система управления выполнена на одной печатной плате (см. лабораторный прототип фиг. 3).

Технический результат использования изобретения заключается в том, что позволяет осуществить дистанционный запуск модели ракеты по Wi-Fi каналу с использованием смартфонов или ноутбуков со специальным авторским программным обеспечением, а также позволяет осуществлять мониторинг целостности воспламенителя твердотопливного двигателя модели ракеты.

Список использованных источников:

1. Патент № 2328 330

2. Патент № 2191484

3. Патент № 2702848

4. Разработка системы дистанционного пуска твердотопливного двигателя модели ракеты / Д.И. Быстров, С.В. Марченко, А.А. Пучков, С.А. Зоммер, В.Д. Дерябкин // Актуальные проблемы авиации и космонавтики. Т. 1. 2018. - С. 82-84.

Изобретение относится к космической технике, а именно к системе управления запуском моделей ракет по Wi-Fi каналу. Технический результат заключается в обеспечении удаленного запуска моделей ракет. Система состоит из приёмо-передающего управляющего блока, включающего в себя микроконтроллер, соединенный с антенной и электронным ключом, источник питания, соединенный с преобразователем напряжения, подключенным к микроконтроллеру, а также электронный ключ, соединенный с источником питания и воспламенителем, и блока мониторинга целостности воспламенителя твердотопливного двигателя модели ракеты, соединенного с микроконтроллером и воспламенителем приёмо-передающего управляющего блока, при этом микроконтроллер осуществляет приём и передачу данных в режиме Wi-Fi роутера, обеспечивая передачу уникального кода смартфону или ноутбуку пользователя и прием от смартфона или ноутбука дешифрованного кода для запуска твердотопливного двигателя модели ракеты посредством электронного ключа, подключающего источник питания к воспламенителю. 3 ил.

Система управления запуском моделей ракет по Wi-Fi каналу, состоящая из: приёмо-передающего управляющего блока, включающего в себя микроконтроллер, соединенный с антенной и электронным ключом, источник питания, соединенный с преобразователем напряжения, подключенным к микроконтроллеру, а также электронный ключ, соединенный с источником питания и воспламенителем, и блока мониторинга целостности воспламенителя твердотопливного двигателя модели ракеты, соединенного с микроконтроллером и воспламенителем приёмо-передающего управляющего блока, при этом микроконтроллер осуществляет приём и передачу данных в режиме Wi-Fi роутера, обеспечивая передачу уникального кода смартфону или ноутбуку пользователя и прием от смартфона или ноутбука дешифрованного кода для запуска твердотопливного двигателя модели ракеты посредством электронного ключа, подключающего источник питания к воспламенителю.