2.6. Развитие исследовательской, конструкторской, опытно-экспериментальной базы научного космического приборостроения и методов экспериментальной физики

Тема ИСПЫТАТЕЛЬ Развитие исследовательской, конструкторской, опытно-экспериментальной базы научного космического приборостроения.

Научный руководитель Родин В.Г. 333-44-12, rodinmir@iki.rssi.ru

1. Создание “чистых” помещений для изготовления и отработки комплексов научной аппаратуры для космических исследований.

Чистовая палатка представляет собой изделие, состоящие из разборного металлического каркаса, собранного из отдельных, соединенных между собой щитов с натянутой на них антистатической полиэтиленовой плёнкой.

Между стыками щитов имеется уплотнение из мягкой резины (поролона), которая сжимается при сборке и обеспечивает пыленепроницаемость стыков соединений по стыкам.

Для входа в чистовую палатку имеется специальный тамбур, который соединяется с чистовой палаткой и выполняет роль воздушного шлюза при входе в обслуживающего персонала внутрь. Кроме того, в тамбуре возможна организация смена производственной одежды ( халатов, обуви, головных уборов), то есть тамбур выполняет функции гардероба.

Каркас состоит из силовых стоек, установленных на пол помещения и соединенных между собой балками. К балка и стойкам крепятся щиты.

Щиты представляют собой сборную конструкцию из отдельных металлических треугольников, соединенных между собой. На щиты натянут экран, выполненный из антистатической полиэтиленовой плёнки и закреплённой на конструкции щита с помощью винтов и накладок.

Тамбур представляет металлическую неразборную конструкцию, обтянутую антистатической полиэтиленовой плёнкой. К каркасу чистовой палатки тамбур присоединяется с помощью винтов. Тамбур и чистовая палатка имеют отдельные входные двери.

Вентиляционо-фильтрующие агрегаты являются готовыми изделиями и устанавливаются на среднем (по высоте) уровне чистовой палатки на специальных подставках и соединяются с чистовой палаткой рукавами из полиэтиленовой плёнки. Принцип работы чистовой палатки основан на непрерывной принудительной циркуляции воздуха через фильтры вентиляционно-фильтрующих агрегатов и рабочую зону. Забор воздуха производится из окружающего чистовой палатку помещения. Воздух проходит через фильтры предварительной и тонкой очистки, обеспыливается в них и поступает в рабочую зону. Удаление загрязнённого воздуха производится через зазор между полом и нижней балкой чистовой палатки за счёт разности давления в рабочей зоне и смежным с чистовой палаткой помещением.

Вентиляционно-фильтрующие агрегаты могут быть включены как оба сразу, так и каждый отдельно.

Основные технические данные и характеристики.

  1. Климатическое исполнение ПЧ-УХЛ4 оп ГОСТ 15150-69. Условия работы в производственных помещениях с чистотой воздуха не ниже 5-го класса по ОСТ-92-0069-86.

2. Производительность вентиляционно-фильтрующих агрегатов м/с 1,5

3. Скорость воздушного потока в рабочей зоне м/сек 0.4

4. Схема направления движения воздуха в рабочей зоне горизонтально

5. Фильтрация воздуха - двухступенчатая.

6. Класс чистоты выдаваемого воздуха по стандарту США 100 000

7. Температура и влажность выдаваемого воздуха – соответствует температуре

и влажности окружающей среды.

8. Напряжение электропитания частотой 50 Гц, 220 В.

9. Габаритные размеры, мм :7300 х 5500 х 6930

10. Масса одного фильтрующего элемента не должна превышать, 500 кг

2. Создание рабочей зоны для монтажа, сборки и испытаний оптических и радиоэлектронных устройств.

Разработана документация на создание чистового помещения для проведения монтажных работ при изготовлении электронной и оптической аппаратуры для различных космических комплексов.

Подготовлено и выдано ТЗ на разработку проектных решений на реализацию гермозоны класса Р7 (ГОСТ Р50766-95) на существующих площадях монтажного участка ИКИ.

Руководящие нормативные документы

Метрологическое обеспечение.

Модернизация оборудования.

Руководитель работ - зам. директора В.Г. Родин; отв. исполнитель - В.Г.Лякишев: тел. 333-15-09, t-mail: nataly@iki.rssi.ru

3. Отработка средств оптимального управления и высокоточной стыковки космических аппаратов или их узлов

Для отработки средств и аппаратуры высокоточной стыковки космических аппаратов в ИКИ разрабатывается два стенда для отработки таких технологий.

Стенд для проведения по работ по автоматической стыковке с высокой точностью при управлении движением активного аппарата в воздушной среде.

Стенд для проведения и отработки стыковочных работ в водной среде.

Стенд для отработки охлаждаемой аппаратуры и натурного моделирования ИК-обзора неба

Разработан и изготовлен охлаждаемый жидким азотом телескоп-стенд для проведения широкоугольных астрономических наблюдений в инфракрасной области спектра. Частично данная работа выполнена в рамках программы “ПЕРСПЕКТИВА”.

Создание такого стенда позволяет испытать элементы охлаждаемой аппаратуры для космических астрономических экспериментов и провести ряд астрономических наблюдений с Земли. Аппаратура включает в себя охлаждаемый объектив "Асфар-22" (1), который размещается в азотном криостате, разработанном на основе стандартного азотного транспортного сосуда СДП-40 (использовались элементы наружного кожуха 2). Внутри азотной емкости 3 размещается силовой цилиндр 4 с опорным фланцем 5 для вертикального крепления объектива. Охлаждение объектива вместе с блендой обеспечивается за счет теплового контакта с опорным фланцем и теплового излучения от опорного цилиндра. Заправка криостата жидким азотом и выход паров азота осуществляется с помощью трех заправочных трубопроводов 6, при этом теплые верхние части заправочных трубок герметично уплотняются с помощью колец из вакуумной резины в уплотнениях 7 грибкового типа, позволяя в случае необходимости снимать фланец 8. В верхней части криостата (на входе в объектив) герметично устанавливается оптическое окно 9. Азотная емкость с установленным в ней объективом крепится к днищу криостата с помощью 6-х тонкостенных трубчатых опор 10 из стали Х18Н10Т. В нижней части объектива "Асфар-22" размещается сменное основание 11 для крепления на нем различных фотоприемных устройств 12, которые кабелем соединяются с электрическими разъемами, размещаемыми на наружном кожухе криостата. Дополнительное охлаждение основания 11 до азотных температур обеспечивается с помощью гибких медных хладопроводов 13, закрепленных на силовом цилиндре. Криостат с макетом аппаратуры устанавливается на силовой раме 14 в цапфах 15. При этом обеспечивается возможность наклона оптической оси объектива в предела зенитных углов от 0 до 60 градусов.

Основные технические характеристики стенда:

Основные оптические характеристики объектива :

В настоящее время ведутся работы по установке в стенд матричных фотоприемников (160 х 120 элементов, диоды Шоттки из силицида платины) на спектральный диапазон 2-5 мкм, что позволит провести тестирование объектива при температуре 80 К астрономическими методами. (Артамонов В.В., Ауст С.А., Маслов И.А., тел.333-4011, imaslov@iki.rssi.ru).

Тема ВЕКТОР ІРазработка перспективных бортовых систем и приборов, программно-аппаратных средств, создание КА малой размерности для проведения космических исследований, реализации прикладных и образовательных программІ

Научный руководитель Родин В.Г. 333-44-12, rodinmir@iki.rssi.ru

Создание транзисторных гетеродинов приемных систем см и мм диапазона, стабилизированных объемными резонаторами

Была разработана и исследована оригинальная схема стабилизации частоты генератора объемным резонатором, основанная на ранее опубликованных нами работах. С помощью данной схемы экспериментально были получены коэффициенты стабилизации частоты до 300 и, соответственно, уменьшение уровня исходных фазовых шумов примерно на 50 дБ. При таком коэффициенте стабилизации параметры генератора практически полностью определяются свойствами используемого резонатора. В генераторе использовались отечественные транзисторы типа 3П608. Резонаторы выполнялись из суперинвара и имели добротность 5000-10000. Спектр фазовых шумов стабилизированного генератора представлен на рис. 10.

(д.т.н. Косов А.С., тел.333-2267, akosov@iki.rssi.ru).

Создание элементов малогабаритных синтезаторов частоты см диапазона

Частично данная работа была выполнена в рамках программы "Перспектива". Был разработан и исследован синтезатор частот от 8845 до 12205 МГц. Была исследована работа синтезатора с выходным удвоителем частоты, что дает возможность получения стабилизированного по частоте и фазе сигнала в диапазоне от 17690 до 24410 МГц. Синтезатор выполнен на основе генератора на малошумящих транзисторах с гетеропереходами (HBT), который синхронизирован схемой фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ). Для уменьшения шумов генератора используется высокодобротный диэлектрический резонатор (ДР), включенный в цепь обратной связи. Схема ФАПЧ выполнена на ИС ADF4113, производства Analog Devices.

 

Рис.16. Фотографии синтезатора со стороны генератора (слева) и со стороны схемы ФАПЧ (справа). Размеры корпуса 50х50х15 мм.

Спектр генератора после удвоения частоты представлен на Рис.17. Интеграл фазовых шумов во всем диапазоне частот определяет величину вариации фазы относительно опорного сигнала. Расчет показывает, что вариации фазы составляют около 1 углового градуса.

Рис.17. Спектр шумов генератора с синтезатором частоты

(д.т.н. Косов А.С., тел.333-2267, akosov@iki.rssi.ru).

Создание элементов приемопередающих систем миллиметрового диапазона на базе монолитных интегральных схем

В рамках данной работы были разработаны действующие образцы приемо-передающих модулей (ППМ). Частично данные работы были выполнены в рамках программы "Перспектива".

Приемо-передающие модули предназначены для работы в различных СВЧ радиотехнических устройствах, в частности:

ППМ имеют следующие параметры:

ППМ выполняются в виде металлического моноблока, на лицевой поверхности которого в проточках устанавливаются элементы СВЧ тракта, как показано на рис. 9. На задней стороне ППМ устанавливаются стабилизаторы питания, усилитель промежуточной частоты, модулятор. Связь между лицевой и задней стороной осуществляется через проходные изоляторы. В СВЧ тракте применяются активные монолитные бескорпусные элементы. Соединительные микрополосковые линии с волновым сопротивлением 50 Ом выполняются на кварце толщиной 200 мкм. Для уменьшения потерь и обеспечения неизменности характеристического сопротивления микрополосковые линии имеют обратную металлизацию. Все элементы устанавливаются с помощью серебросодержащего проводящего клея типа ЭЧС. Соединение элементов осуществляется методом термокомпрессии золотой проволокой диаметром 16 мкм.

Одной из особенностей ППМ было использование широкополосных волноводно-полосковых переходах на кварце толщиной 200 мкм. Переходы оптимизировались с помощью программы 3D электромагнитного моделирования Agilent HFSS 5.6. Примененные переходы вносят весьма малые потери (на уровне 0.1 дБ) и согласованы на нагрузку 50 Ом в диапазоне 26-40 ГГц с КСВН не более 1,5.

Третьей особенностью ППМ является применение специальных P-I-N диодов, производства НИИ “Пульсар”, позволяющих получить малые потери в открытом состоянии (около 0,1 дБ) и большие потери в режиме запирания (более 30 дБ). Диоды выполнены на металлическом основании толщиной около 50 мкм. Полупроводниковая структура создавалась на материале GaAs. Высота полупроводниковой структуры не более 5 мкм. Такая конструкция диода позволяет иметь малую индуктивность диода и малое последовательное сопротивление потерь, что и позволило получить малые потери и высокую развязку. Диод включен в микрополосковую линию передачи с волновым сопротивлением 50 Ом. Для получения требуемой величины согласующей последовательной индуктивности, подходящие к P-I-N диоду микрополосковые линии выполнялись на кварце толщиной 100 мкм.

Следующей особенностью ППМ является применение современной элементной базы – монолитных микросхем мм диапазона длин волн. Напрмер, малошумящий усилитель ALH276 фирмы Velocium, установленный в блоке рис. 9, имеет типичный коэффициент шума 2 дБ. Выходной усилитель мощности имеет уровень выходной мощности насыщения около 1 Вт. Благодаря резерву мощности, требуемую для ППМ уровень в 300 мВт удалось достичь в весьма облегченном режиме. Требуемое напряжение на стоках транзисторов было 2-2,5 В, тогда как номинальное значение напряжения составляет 5 В. Ток питания устанавливался на уровне 0,7 А, номинальная величина равна 1 А. Облегченный режим гарантирует высокую надежность и длительный срок службы микросхемы. Следует отметить также применение микросхемы смесителя с фазовым подавлением зеркального канала типа AM038R1-00 фирмы Alpha Ind. Смеситель вместе с внешним квадратурным мостом обеспечивает подавление зеркального канала не менее чем на 20 дБ. Смесители подобной структуры позволяют упростить систему, исключив из нее достаточно сложный и дорогой полосовой фильтр СВЧ.

(д.т.н. Косов А.С., к.ф.-м.н. Скулачев Д.П., тел.333-2267, akosov@iki.rssi.ru).

1. Проект ² Источник² ( п.п. 1.7.5, 2.1.10 основных направлений фундаментальных исследований РАН )

1.1. Проведен сбор и систематизация информации (результаты расчетов и экспериментальные данные) по характеристикам взаимодействия быстрых ионов и сверхтепловых электронов с веществами пленок эмиттера вторично-эмиссионного радиоизотопного источника тока ) принципиальная схема батареи представлена на рис.В1) включая генерацию плазмонов и фононов в плазме твердого тела. Получены аппроксимационные формулы (рис.В2) для тормозной способности, длинам свободного пробега заряженных частиц (быстрых ионов и сверхтепловых электронов), позволяющие выполнять моделирование как эмиссии вторичных электронов из пленок (рис.В3) , так и вольтамперную характеристику (рис.В4) при заданных входных параметрах системы. База данных по указанным характеристикам реализована для ряда материалов пленок в виде файлов и программ, что весьма важно для их использования.

Балебанов В.М., Ерохин Н.С., Зольникова Н.Н., Михайловская Л.А., Моисеев С.С. Взаимодействие быстрых ионов гелия с эмиттером радиоизотопного источника тока. - Прикладная физика, 2003, № 1, с.35-41, 2003.

Зав.отд., д.ф.-м.н. Ерохин Н.С.; науч.совет.дирекции, к.ф.-м.н. Балебанов В.М. Тел.333-22-23, 333-14-44. E-mail : nerokhin@mx.iki.rssi.ru

 

 

2. Проект: ² Разработка Электронной Библиотеки космической информации² ( п.п. 3.5 основных направлений фундаментальных исследований РАН )

2.1.Работа нацелена на создание единой информационной среды информационных ресурсов в задачах исследования Земли из космоса. Проблема построения архивов спутниковых данных, как неотъемлемой части информационных систем данных дистанционного зондирования Земли (ДЗЗ), существует со времён запуска первого спутника и достаточно хорошо описана. Однако до последнего времени большинство архивов спутниковых данных создавалось в расчете либо на их локальное использование, либо на использование специальных выделенных высокоскоростных каналов связи для доступа к ним. С развитием глобальных компьютерных сетей появилась возможность создания нового поколения архивов данных, позволяющих организовать оперативную работу широкого круга удаленных пользователей со спутниковыми данными и результатами их обработки. Основная функция такой системы - обеспечить оперативный доступ пользователей к информации т.е. позволить получить информацию уже через несколько минут или десятков минут после проведения наблюдений. Для исследований этого года центральными стали проблемы интеграции информационных ресурсов коллекций спутниковых данных в единую информационную среду и организации эффективного хранения данных. Для более продуктивного использования ресурсов архива спутниковых данных создан Web-сервер баз данных http://iris.iki.rssi.ru, что позволяет получать необходимую информацию о спутниковых данных через сеть Internet. Однако, для получения наиболее полной информации по интересующей проблеме необходимо знакомиться с содержимым каждого такого сервера, что требует немало времени и не гарантирует получения ожидаемого результата. Новый результат состоит в создании единой системы автоматической обработки информации и распределенного поиска по всем национальным архивам космической информации. Отметим, что здесь основные проблемы, которые приходится решать, связаны с разнородностью применяемого программного обеспечения для реализации хранилищ и организации их внутренней структуры, разнообразия интерфейсов, моделей данных.

Kudashev E. From Data Bases to Digital Library of Remote Sensing Data // Proceedings of the 23 EARSeL Symposium. Abstract Book, Ed. Univ. of Ghent, pp.142-143, 2003.

В.н.с., к.т.н Кудашев Е.Б. Тел.: (095)333-12-34. E-mail: eco@iki.rssi.ru

3. Проект ИНТАС IRIS 00-89 ( п.п. 3.5 основных направлений фундаментальных исследований РАН )

3.1. Проект INTAS IRIS нацелен на интеграцию российских спутниковых данных в международную систему обмена космической информацией. В задачу интеграции космической информации в рамках IRIS входит создание следующих уровней взаимодействия между отдельными репозитариями: обмен данными; совместный поиск данных; распределенный единообразный доступ к информационным ресурсам вне зависимости от конкретных репозитариев, в

которых располагаются коллекции данных, и базовых протоколов доступа, используемых внутри локальной системы, функционирующей у отдельных репозитариев на различных платформах. Была разработана структура и создана распределенная информационная система, интероперабельная с Европейской системой космической информации INFEO. Пользователи по средствам специализированного Web-интерфейса формируют критерий отбора в информационной системе, который после преобразования по протоколу CIP (Catalogue Interoperability Protocol) передаётся всем остальным репозитариям. Далее он передаётся соответствующим шлюзам по тому же протоколу CIP. Инсталирован и тестирован совместно со специалистами ESA INFEO Gateway, который является шлюзом в международную систему обмена космической информацией CEOSnet. В результате работ по проекту была обеспечена

операционная совместимость научного Архива с национальными (NASA DAACs) и международными (CEOS IDN) центрами космических данных. Новое поколение архивов данных позволяет организовать оперативную работу широкого круга удаленных пользователей со спутниковыми данными и результатами их обработки. Основная функция такой системы - обеспечить оперативный доступ пользователей к информации т.е. позволить получить информацию уже через несколько минут или десятков минут после проведения наблюдений. В проекте INTAS IRIS реализованы основные требования к архиву данных ДЗЗ: создана система автоматического накопления архива, позволяющая организовать автоматический прием данных, их обработку и передачу в архив; определён список свойств (атрибутов) хранимых данных для обеспечения наиболее полного соответствия хранимой информации запросам пользователя.

Кудашев Е. Б. Электронная библиотека спутниковых данных: доступ к коллекциям экологического мониторинга // Сборник Тезисов.Третья Украинская конференция по перспективным космическим исследованиям. С.239, Киев: ИКИ НАНУ, 2003.

В.н.с., к.т.н. Кудашев Е.Б. Тел.: (095)3331234 E-mail: eco@iki.rssi.ru

4. Универсальный приборный бортовой процессор (УБП) для космического эксперимента

Разработаны принципы построения, архитектура и создан прототип универсального бортового процессора УБП и программного обеспечения к нему. Тестирование проведено в доступном объеме и показало хорошие результаты.

Работа разбивалась на несколько этапов:

- Разработка идеологии построения УБП.

В данной работе предлагается решение этой проблемы путем создания базы данных и организации их программируемой обработки непосредственно на борту объекта с последующей передачей результатов. Таким образом, для ряда экспериментов, в которых ведется непрерывное наблюдение на орбите, хотя весь объем данных в необработанном виде по-прежнему не будет доступен на Земле, данные могут быть обработаны на борту и результаты обработки переданы на Землю и интерпретированы экспериментатором. При этом возможна итеративная обработка данных по мере необходимости.

Авторами выполнено моделирование универсального бортового процессора для сбора и обработки данных (УБП) с помощью доступных промышленных модулей. Моделирование осуществлялось таким образом, чтобы созданная модель могла служить прототипом реальной летной системы, средством ее отработки и сопровождения во время космического эксперимента.

Организации распределенной файловой системы с задаваемым приоритетом хранения уделено существенное внимание.

Наличие ряда общих задач, выполняемых процессорами различных научных приборов, позволяет авторам предложить некоторый набор микропроцессорных плат и программных модулей, предназначенных для решения типовых задач управления физическим прибором и сбора поступающих от него данных. Как правило, микропроцессор должен включать несколько каналов АЦП и ЦАП, цифровые входы и выходы для связи с прибором. На сегодня мы можем предложить несколько версий узла сопряжения с прибором, хотя удобство использования набора сможет оценить только автор прибора.

Все процессоры, обеспечивающие информационную поддержку космического эксперимента, должны активно взаимодействовать между собой. Авторы предлагают применять в данном проекте хорошо отработанный и использованный (в том числе и на борту космических объектов) сетевой интерфейс Ethernet.

Круг задач, решение которых должно обеспечиваться программным комплексом, определен следующим образом:

- возможность перепрограммирования как основа обеспечения гибкости системы,

- логика взаимодействия бортового комплекса с наземным обеспечением,

- восстановление программ отдельных процессоров,

- разработка прототипа программного обеспечения системы,

- взаимодействие процессоров между собой,

- трудности внесения изменений – ограниченность числа команд – работа с готовым кодом с минимальными изменениями (необходимость наземного стенда),

- особенности передачи информации на Землю – подготовка к уничтожению переданного материала по получении квитанции – повторы передачи,

- организация файловой системы с приоритетами хранения (материал, даже разрешенный к уничтожению, хранится до тех пор, пока занимаемое им место не требуется для хранения более приоритетных данных),

- создание узлов хранения информации,

- дублирование критической информации,

- принятие решения о дублировании информации.

Проведенное авторами макетирование созданного УБП и написание программного обеспечения показало хорошие результаты. Оценка эффективности предлагаемой схемы проводилась при моделирования обработки части данных проекта Интербол (научные данные прибора ДОК) с помощью прототипа универсального бортового процессора.

Руководитель:

к.ф.-м.н. Л.С.Чесалин, тел.333-30-67, e-mail: lchesali@mx.iki.rssi.ru

5. Малые космические аппараты для научных и прикладных задач. Возможное использование плазменных двигателей (Шифр МКА-Трассат)

В 2003 г. продолжены рассмотрения вариантов спутников нового поколения для научных исследований и коммерческого использования. В результате проработок с специалистами из промышленности (гл. конструктор НИЦ им. Бабакина) удалось увеличить вес полезной нагрузки до 30% от полной массы КА. Так, например, для спутника связи с полной массой 700 Кг масса полезной нагрузки стала равна 225 Кг, что позволяет разместить 20 средних транпондеров (по 36 МГц). В основе такого улучшения – новые разработки бортовых систем, производящихся по предложениям, как правило, научных организаций (новые системы ориентации, управления КА, новая телеметрия, создание более эффективных плазменных двигателей и др.)

Проведена проработка и сформулировано предложение о другом варианте запуска связного КА – “Союзом-Фрегатом”. Рассматриваются, как и ранее, два случая: первый – прямой вывод КА весом 700 Кг на ГСО; второй – вывод двух малых КА (по 500 Кг) с доразгоном плазменными двигателями.

Работа ведется совместно с академиком Р.З.Сагдеевым, В.М.Линкиным, В.М.Готлибом, А.В.Захаровым (ИКИ), К.М.Пичхадзе, В.М.Долгополовым (НПОЛ, НИЦ им. Бабакина), Ю.Б.Зубаревым, И.Э.Мачем (НИИ “Радио”), А.И.Морозовым (Курчатовский Центр), А.И.Бугровой (МИРЭА).

Кроме изготовленной технической документации (на уровне техпредложений, расчетов), в 2003 г. выпущен обзор по плазменным двигателям:

“Plasma Thrusters”, A.I.Morozov, V.M.Balebanov. “Encyclopedia of Space Science and Technology”, v.II, 2003, A John Wiley and Sons.

6. Микроспутник (МС)

Данный отчет содержит результаты проведенных в 2003 году работ как в рамках проектов “Колибри”, МГУ250, и других перспективных проектов

При проектировании микроспутника (МС) разработана систематика ведения работ, в которой выделяются проблемы сильных взаимосвязей систем и отдельных узлов. Задача, поставленная перед разработчиками МС, определяет общий и приблизительный облик МС. По поставленной задаче сформулированы тактико-технические требования к обеспечению предстоящего эксперимента в целом, а также системам МС.

Под обеспечением эксперимента понимается научно-методический план проведения будущего эксперимента, технические средства бортового и наземного секторов, графики проведения разработки, испытаний и запуска, финансовое обеспечение проекта.

Научная или прикладная задача непосредственно определяет такие параметры МС как общий состав систем МС, точности и величины основных параметров, способы стабилизации, каналы управления, телеметрии (ТМ) и передачи полезной информации, траекторные и баллистические параметры.

В состав МС входят различные системы и узлы, выполняющие основные функции. Можно выделить часть систем, образующих центральную часть служебных систем (платформа) на базе которой строятся все остальные системы МС. Платформа обеспечивает базовые функции МС. К ним можно отнести каналы управления и сброса ТМ и ПИ, энергообеспечения, сбора основной ТМ.

На базе платформы могут устанавливаться дополнительные служебные системы, обеспечивающие функции ориентации и стабилизации, дополнительных каналов радиосвязи, сбора ТМ, определения времени и местоположения. Платформа обеспечивает и выполнение прямой задачи МС – адаптация полезной нагрузки.

Такое разбиение условно, но полезно для анализа. Так в МС “Колибри” платформа выполняла смешанные функции, что вполне оправдано в простейших решениях, с малоинформативными полезными нагрузками. В аванпректе на МС “Татьяна” полезная нагрузка имела значительно больший объем данных и платформа (прибор ДОКА в том и другом проекте) не могла обеспечивать функцию системы сбора ПИ. Предполагалось в МС “Татьяна” дополнить комплекс научной аппаратуры системой сбора и накопления, а также быстродействующим каналом передачи ПИ. Научные приборы при этом наделялись в отличии от МС “Колибри” собственными процессорными узлами. Таким образом, организовывались каналы сбора от всех приборов (на основе RS232). В новом проекте “Чибис” предполагается использовать аналогичную МС “Татьяна” систему сбора ПИ. Полезная нагрузка этих МС сравнительно малоинформативна. В предполагаемом проекте МС ДЗЗ использовать платформу на основе ДОКА невозможно. Платформа ДОКА не сможет обеспечить требования по энергетическим, надежностным параметрам.

Дальнейшее увеличение производительности полезной нагрузки приводит к еще большему разделению функций. Увеличиваются требования к вычислительной мощности бортовых процессоров к пропускной способности каналов обмена между узлами системы.

Технологическая и элементная база современных бортовых систем имеет достаточную основу. Есть средства решения, как простейших спутниковых платформ, так и сложных. Разработаны стандарты и элементная база для создания бортовых отказоустойчивых систем. Без использования данного опыта в перспективных разработках не обойтись.

По плану основных мероприятий по созданию перспективной платформы для МС основным выводом из проведенных в СКБ КП разработок платформ и приборов для МС, а также систем сбора ПИ является понимание того, что создать универсальную платформу для МС различного назначения невозможно. Универсализм или стандартизация возможны в некоторых подходах к проектированию. Например, использование программированной логики в узлах приборов или использование стандартов (LVDS, Spacewire, RS232 – 485 и др.). В связи с этим целесообразно использование перспективных CAD и стандартов при проектировании МС.

В СКБ КП проводятся поисковые работы в области приемопередающей аппаратуры для МС, это происходит практически при отсутствии измерительной аппаратуры. Спутниковые платформы в настоящее время требуют скоростных радиоканалов в высокочастотных диапазонах, поэтому желательно направить часть средств на приобретение измерительной техники.

Научный руководитель темы директор СКБ КП ИКИ РАН, ктн М.Б. Добриян

7. Разработка и создание современной автоматизированной системы электрических испытаний космических комплексов научного назначения

Выполнена работа по организации испытательной базы для отработки алгоритмов обработки изображений

Испытательная база для отработки алгоритмов автоматизированного управления и обработки изображений (в дальнейшем База) должна обеспечивать следующие функции:

    1. подключение матричных фотоприемников (в дальнейшем ПЗС матрицы) к блоку управления считыванием информации;
    2. преобразование аналогового видеосигнала в цифровую информацию, удобную для считывания персональным компьютером;
    3. выборка и предварительная обработка кадров;
    4. определение координат объектов;
    5. определение типов объектов;
    6. прочие задачи обработки изображений;
    7. вывод результатов обработки на монитор персонального компьютера;
    8. вывод результатов обработки на видеомагнитофон и телевизор;
    9. запоминание и архивация данных.

Задача 1 решается поставщиком ПЗС матриц.

Задача 2 решается применением встраиваемого в ПК ТВ-тюнера Aver Media TV Capture Secam DK или разработкой, встраиваемой в ПК, специализированной платы,.

Задачи 3-6 решаются написанием специализированных программ, необходимых для отработки алгоритмов обработки изображений.

Рассмотрены две возможные схемы построения Базы.

В первой схеме для 3 задачи была написана программа, использующая операционную систему Windows 2000 фирмы Microsoft, совместно с библиотекой обработки видео DirectX (см. рис. 1).

Во второй схеме для 3 задачи была написана программа, использующая операционную систему GNU/Linux, совместно с библиотекой обработки видео Video for Linux .

Задачи 7-8 решаются применением AGP видеокарты ASUS V7100T PRO SE (GeForce2 MX-400) имеющей ТВ выход.

Задача 9 решается применением жесткого диска Seagate Barracuda IV UDMA-100 объемом 80 Гбайт, а также пишущего привода компакт дисков Mitsumi CR-486ETE 48/24/48x.

Для решения задач 2-9 необходим персональный компьютер на базе процессора не хуже Intel Pentium IV 3,06 ГГц;

Особо необходимо отметить важность выбора интерфейсов связи между отдельными частями (устройствами), входящими в Базу.

Авторы: Ауст С. А., Лукомский А. К., Потемкин С. А.

Руководитель: Клишев О. П.

8. Космическое образование

Базовым элементом разрабатываемой системы космического образования является опыт, приобретенный с успешным запуском микроспутника “Колибри-2000”.Программа микроспутников “Колибри” была представлена в Комиссию РФ по содействию ЮНЕСКО и по рекомендации ее председателя – акад. В.Фортова была затем представлена в штаб-квартире ЮНЕСКО (г. Париж).

В ИКИ РАН была проведена встреча с Заместителем Председателя Совета Федерации РФ Николаевым М.Е. Обсуждался вопрос использования Программы научно-образовательных микроспутников в рамках работ Программы Отделения РАЕН “Проблемы развития Арктики и регионов севера”, научным руководителем которой является Николаев М.Е. Намечены пути совместной работы.

На выставке инноваций г. Москвы и московской области представленные работы по "Колибри-2000" были удостоены диплома выставки. На 28-й международной выставке новых технологий в Сирии и на Международном авиационно-космическом салоне "МАКС-2003" посетителями и деловыми кругами был проявлен значительный интерес к выставленному макету микроспутника “Колибри-2000”.

Методический опыт, накопленный при проведении исследований на спутнике Интербол-1 и станции "МИР", позволил разработать методику обеспечения электромагнитной чистоты на микроспутниках, создаваемых в рамках “Программы научно-образовательных микроспутников”. К работе по разработке Программы были привлечены не только сотрудники ИКИ РАН, но и большая группа учёных и специалистов, объединённых в Межрегиональную общественную организацию “Микроспутник” ( МОО “Микроспутник”):НИИЯФ МГУ, РКК “Энергия”, СКБ КП ИКИ РАН, НИЛАКТ РОСТО (г. Калуга), НПОМашиностроения (г. Реутов), КБ “Полет” и ПО “Полет” (г. Омск), НПФ “Маг-сенсор” и АК “Ригель” (г. С.-Петербург), ИАТЭ (г. Обнинск) и др.

Важным этапом в дальнейшей разработки программы использования микроспутников явилось начало разрабатываемой в настоящее время в ИКИ РАН базовой платформы микроспутника "Чибис", (титульный лист предложений приведен в Приложении 1). Важно также отметить, что реализации на микроспутнике "Чибис" Программы экологического мониторинга состояния приземной плазмы, атмосферы и поверхности Земли подключились ученые и специалистов Национальной Академии наук Украины.

Для формирования служебных систем и состава научной аппаратуры микроспутника "Чибис" были проведены рабочие встречи и семинары с широким кругом специалистов и разработаны исходные данные на:

А) Системы ориентации и стабилизации (КБ “Полет”, г.Омск)

Разрабатывается система стабилизации и ориентации с использованием гравитационной штанги, успокоителей качки в виде магнитных соленоидов с управляемым током и силовым гироскопом.

Б) Системы электропитания (НПОМашиностроения, г.Реутов)

Отрабатываются солнечные панели с повышенным коэффициентом преобразования солнечной энергии и миниатюрные аккумуляторы.

В) Системы телеметрии (НИЛАКТ РОСТО г. Калуга и др.)

Модернизируется система сбора информации (на базе системы ДОКА для Колибри-1) и разрабатывается новая радиолиния.

Г) Радиолюбительские каналы связи.

Разрабатывается несколько вариантов простых школьных наземных систем управления микроспутниками на базе серийной радиолюбительской аппаратуры.

Д) Проведено обсуждение и разработаны исходные данные для установки на микроспутники приемников GPS, способных решать не только навигационные, но и сугубо научные задачи по исследованию параметров ионосферы.

Проведено два рабочих семинара со школьниками в г.Обнинск (Наукоград № 1 в Российской Федерации). При активном организационном участии МОО “Микроспутник” администрация г. Обнинск выделило деньги на закупку оборудования для школьного наземного пункта, провело оборудование его компьютерной техникой.

Представители МОО “Микроспутник” О.Р.Григорян и С.И.Климов провели однодневный семинар в Высшем техническом колледже г.Грац (Австрия), где присутствовало более 100 учащихся. Были сделаны доклады о достижениях российской космонавтики и о Программе научно-образовательных микроспутников. Директор колледжа в своем письме руководителям ИКИ РАН, НИИЯФ МГУ и МОО “Микроспутник” выразил большую заинтересованность в участии колледжа в Программе..

За отчетный период продолжился анализ результатов работы микроспутника "Колибри-2000". Данные этого анализа легли в основу проработки концепции микроспутника "Колибри-2", предназначенного для решения научно-образовательных задач не только по направлению “космической погоды”, но и в направлении дистанционного зондирования. Проведена методическая разработка магнитно-волнового комплекса, разработано и выдано ТЗ на комплекс в “Маг-Сенсорс” и СКБ КП ИКИ РАН. В рамках магнитно-волнового комплекса начаты работы по созданию для микроспутника прибора спектрального анализа, что представляется очень важным для сокращения количества передаваемой на Землю информации и повышению ее качества.

Предварительные результаты научно-исследовательской и научно-образовательной программ были представлены в докладах на Третьей межотраслевой научно-технической конференции по микроспутникам в ЦНИИМашиностроения (г. Королёв) и на VII международной выставке-конгрессе “Высокие технологии. Инновации. Инвестиции”, проводимой в рамках недели высоких технологий в г. Санкт-Петербурге. На 34-й сессии КОСПАР был представлен стендовый доклад по первым результатам “Колибри-2000”, подготовлены тезисы доклада на 54th International Astronautical Congress (Бремен, 2003).

Создание и успешная работа в ионосфере микроспутника "Колибри-2000" подтверждено в штаб-квартире ЮНЕСКО и на 40-й сессии Научно-технического подкомитета Комитета по использованию космического пространства в мирных целях (Вена, 17-28 февраля 2003 г.).

В июле-августе 2003 г. Институтом космических исследований РАН совместно с Горелецкой негосударственной школой в с. Горелец Парфеньевского района Костромской области была проведена 6-ая Горелецкая летняя естественно-научная школа. В работе летней школы в качестве слушателей приняли участие 18 школьников из различных школ Москвы, Московской обл. и Костромской обл. Преподавателями являлись сотрудники ИКИ РАН, МГУ, Фонда охраны дикой природы и преподаватели ряда московских школ. В течение 17 дней школьникам были предложены лекции и практические занятия по вопросам астрономии и космических исследований, геофизике, экологии, практической и наблюдательной биологии, гелиоэнергетике. По результатам работы в летней школе слушателями совместно с преподавателями готовятся доклады и выступления для школьных научных конференций.