Устройство для ориентации космического аппарата относительно космического тела, лишенного плотной атмосферы Советский патент 1993 года по МПК G01C21/24 

Изобретение относится к технике, обеспечивающей навигацию космических аппаратов, совершающих облет космических тел преимущественно по замкнутой траектории, в частности к навигационным приборам, регистрирующим внешнее излучение.

для ориентирования научной аппаратуры при долговременных исследованиях неосвещенных поверхностей крупных КТ, лишенных плотной атмосферы, например, Луны, Марса, Деймоса, Фобоса, Меркурия. астероидов, а также дальних планет 2-го

nonca Солнечной системы: Юпитера, Сатур- на, Нептуна, Плутона и их спутников.

Цель изобретения - повышение эффективности ориентации на неосвещенной стороне космического тела за счет повышения точности без уменьшения дальности ориен тации и увеличения энергопотребления.

На фиг.1 схематично изображены устройство, поперечный разрез, и его функциональная схема на входах анализатора; на фиг.2 - вариант конструктивного выполнения устройства, поперечный разрез; на фиг.З - циклограмма формирования сигналов,продольный разрез.

Устройство содержит корпус 1. первый счетчик 2 тепловых нейтронов, второй счетчик 3 тепловых нейтронов, первый щелевой коллиматор 4, второй щелевой коллиматор 5. корпус 6 коллиматора А. корпус 7 коллиматора 5. тяги 8.9 механизма 10 поворота, угол 11, биссектрису 12. угол 13 коллимации первого коллиматора, биссектрису 14 второго угла коллимации, угол 15 коллимации второго коллиматора, средство 16 регистрации, счетчики 17.18. анализатор 19. блоки 20,21 совпадения, высотомер 22, блок 23 угловой коррекции, блок 24 управления, средства 25,26 измерений ориентации, блок 27 суммирования, блок 28 вычитания, блок 29 арифметических операций, коллиматор 30, преобразователь 31 знака, блок 32 формирования знака коррекции.

1 Устройство работает следующим образом.

Поток тепловых нейтронов с поверхности космического теле, а также основное космическое излучение и излучение космического аппарата, на котором установлено устройство для ориентации, достигают-поверхности корпуса 1. Тепловые нейтроны свободно проникают корпус 1, материал которого не оказывает влияния на их потоки только через щели в кадмиевых коллиматорах 4 и 5 соответственно. На эпитеп- ловые и быстрые нейтроны, а также на фонооое космическое излучение кадмиевые экраны коллиматоров 4 и 5 заметного влияния не оказыпэют. Для излучений, приходящих с любых других направлений, кроме направления коллимации, счетчики 2 и 3 находятся в одинаковых условиях и регистрируют фон с одинаковой эффективностью. (Последовательности импульсов, образующихся на выходах счетчиков 2 и 3 попадают-на оходы счотчиков 17 и 10 (см. фиг. 1), которые вырабатывают выходной сигнал, пропорциональный числу импульсов, пришедших за время, задаваемое сигналом счет с блока 24. По окончании установленного времени счета блок 24 прекращает сигнал счет и выдает сигнал сброс, по которому содержимое счетчиков 17и соответственно передается на входы анализатора 19, после чего счетчики 17 и 18устанавливаются в исходное состояние и цикл снова повторяется.

Дальнейшая обработка информации происходит следующим образом.

В блоке 28 вычисляется разность сигна0 лов, полученных со счетчиков 17 и 18, после чего эта разность поступает в блок 32, из которого выдается соответствующий сигнал счетности Nz NawiH Nz Na в зависимости от знака этой разности, где

5 Na соответствует сигналу счетчика 2; N3 - сигнал счетчика 3. Наличие сигнала N2 Мл показывает, что нормаль к поверхности космического тела смещена в сторону биссектрисы 12. и

0 наоборот, сигнал N2 Мз показывает, что нормаль к поверхности космического тела смещена в сторону биссектрисы 14.

Эти сигналы могут быть использованы для управления сродства, 25 и 26 с целью

5 компенсации раэориенУации КА, однако при этом необходимо убедиться в статической обеспеченности этих сигналов, т.е. определить достоверность сигналов N2 Ыз и NZ Мз. Для этого определяют, превышает

0 ли выходной сигнал блока 28 возможную ошибку - выходные сигналы счетчиков 17 и 18 складываются в блоке 27. а в блоке 29 арифметических операций вычисляется квадратный корень этой суммы. Затем вы5 ходной сигнал с преобразователя 31 знака коррекции, равный по абсолютной величине выходному сигналу блока 28 вычитания, и выходной сигнал блока 29 сравниваются в коллиматоре 30. Если возможная ошибка

0 измерения не превышает измеряемую величину, то на выходе коллиматора 30 возникает сигнал достоверно. Сигнал достоверно говорит о наличии существенной разницы между величинами потоков

5 тепловых нейтронов, зарегистрированных в счетчиках 2 и 3 и. следовательно, о необходимости проведения коррекции положения космического аппарата относительно космического тела. Эти сигналы проходят на

0 входы средств 25 и 26 только при нзличии на входах блоков 20 и 21 одновременно следующих сигналов: сигнала выдача с блока 24 для исключения влияния переходных процессов в схеме и сигнала достоверно

5 для исключения срабатывания средства 2S или 26 при отсутстпии значимой разницы между сигналами с счетчиков 17 и 18.

Задачей блока 23 является поддержание оптимального угла 1 I к пределах Ю0±30° о зависимости от вмсгчы полета

над космическим телом. Входной сигнал на блок 23 поступает с высотомера 22, находящегося а системе управления космического аппарата и реализованного любым известным способом. Весь рабочий диа- пазон высот разбит в блоке 23 на несколько интервалов, причем для каждого интервала блок 23 устанавливает соответствующее значение угла 11. Величина угла 11 : 100±30° выбрана из условия угло- вого пространственного распространения тепловых нейтронов от поверхности космического тела и обеспечивает наибольшую эффективность ориентации устройством (в пределах 3-5°).

Изобретение позволяет повысить эффективность ориентации космического аппарата на неосвещенной стороне космического тела за счет увеличения точности ориентации без уменьшения дальне- сти и увеличения энергопотребления, а также улучшить помехозащищенность космического аппарата и научной аппаратуры, так как устройство не содержит активного передающего средства.

Ф о р м у л а и з о б р е т е н и я 1. Устройство для ориентации космического аппарата относительно космического тела, лишенного плотной атмосферы, включающее датчик, подключенный к средствам регистрации и изменения ориентации, о т- личающееся тем, что. с целью повышения эффективности ориентации на неосвещенной стороне космического тела за счет повышения точности без уменьшения даль- ности ориентации и увеличения энергопотребления, датчик содержит два взаимно параллельных счетчика тепловых нейтронов снабженных расположенными под углом друг к другу щелевыми коллиматорами, причем угол.между биссектрисами щелевых углов коллимации 100±30°. кроме того, счетчики закреплены на шарнирном механизме, соединенном с механизмом поворота.

2.Устройство по п. 1. о т л и ч а.ю щ е е- с я тем, что средство регистрации содержит два счетчика импульсов, анализатор, два блока совпадения, высотомер, блок управления, блок угловой коррекции, выход которого соединен с механизмом поворота, а вход - с выходом высотомера, выходы счетчиков тепловых нейтронов подключены соответственно к выходам счетчиков импульсов, управляющие входы которых соединены с выходами блока управления, соединенного с управляющими входами блоков совпадений, входы которых соединены с соответствующими выходами анализатора, входы которого подключены к выходам счетчиков импульсов, а выходы блока совпадения соединены с входами средств измерения ориентации.

3,Устройство по пп.1 .отличающееся тем. что анализатор содержит блоки вычитания и суммировании, блок арифметических операций, преобразователь знака, компаратор и блок формирования знака коррекции, выходы которого, а также выходы компаратора соединены с соответствующими входами блока совпадения, причем первые входы блоков вычитания и суммирования объединены и подключены к выходу первого счетчика импульсов, а объединенные вторые входы блоков вычитания и суммирования подключены к выходу второго счетчика импульсов, а выход блока суммирования через блок арифметических операций соединен с выходом блока вычитания и входом блока формирования знака коррекции.

N4

со

с-

ID

CD tD

vi

i

го

«

(Л

со

Ј

ЈЈ

Z

Ј ЈЈ 5Ј

9Ј I

Изобретение относится к технике, обес- почивающей навигацию космических аппаратов, о частности к навигационным приборам, регистрирующим внешнее излучение. Целью изобретения является повышение эффективности ориентации на неосвещенной стороне космического тела за счет повышения точности без уменьшения дальности ориентации и увеличения энергопотребленил. Устройство содержит корпус 1, внутри которого размещены счет-, чики 2 и 3. снабженные щелевыми коллиматорами 4 и 5. Корпус 6 коллиматора 4 и корпус 7 коллиматора 5 соответственно соединены с тягами 8 и 9 механизма 10 поворота. Средство 16 регистрации состоит из счетчиков 17 и 18 импульсов, анализатора 19, блоков 20 и 21 совпадения, высотомера 22. блока угловой корреляции и блока 24управления, причем выход высотомера 22 через блок 23 угловой коррекции соединен с входом механизма 10 поворота. Выходы счетчиков 2 и 3 соединены соответственно с сигнальными входами счетчиков 17 и 18, управляющие входы которых соединены с выходами блока 24, соединенного также с управляющими входами блоков 20 и 21, сигнальные входы которых соединены соответственно с выходами анализатора 19, входы которого подключены к выходам счетчиков 17 и 18. а выходы блоков 20 и 21 являются выходами средства 16 регистрации и подключены к входам средств 25и 26 измерения ориентации соответственно. При этом анализатор 19 содержит блоки суммирования 27 и вычитания 28. первые входы которых объединены и подключены к выходу счетчика 17, а вторые входы также объединены и подключены к вь:ходу счетчика 18. Выход блока 27 через блок 29 подключен к одному входу коллиматора 3D, другой вход которого через преобразователь 31 знака соединен с выходом блока 28, соединенного также с входом блока 32 формирования знака коррекции, выходы последнего и вход коллиматора 30 подключены к соответствующим входам блоков 20 и 21. 2 з.п. ф-яы. 3 ил. Ё CN СО СЛ СО СО