Проблемы прецизионности криогенного космического телескопа обсерватории «Миллиметрон», раскрываемого на орбите в окрестностях точки Лагранжа L2 системы Солнце-Земля
Авторы: Саяпин С.Н., Артеменко Ю.Н., Мышонкова Н.В.
Опубликовано в выпуске: #12(24)/2013
DOI: 10.18698/2308-6033-2013-12-1139
Раздел: Инженерные науки | Рубрика: Теоретическая механика. Проектирование механизмов и машин
В соответствии с Федеральной космической программой РФ учеными и специалистами российских и международных организаций ведутся работы по созданию космической обсерватории (КО) "Миллиметрон" (проект "Спектр-М"). Головная научная организация: АКЦ ФИАН им. П.Н. Лебедева РАН, головное предприятие - НПО им. С.А. Лавочкина. Планируемый срок запуска - 2019 г. В работе приведено общее описание обсерватории "Миллиметрон", предназначенной для эксплуатации в условиях глубокого вакуума и сверхнизких температур на сверхдальней рабочей орбите в районе либрационной точки Лагранжа L2 в системе Солнце - Земля, удаленной от Земли на расстояние 1,5 млн км. В состав обсерватории входит криогенный космический телескоп (ККТ) с раскрываемым на указанной орбите главным параболическим зеркалом (ГПЗ) диаметром 10 м. Этот телескоп устанавливают на модуль служебных систем (МСС), который должен обеспечивать его ориентацию и стабилизацию. Рабочие диапазоны длин волн ККТ составляют 0,02...3 мм и 0,3...16 мм и определяют требования к прецизионности ККТ и МСС: точность ориентации 1”; точность стабилизации 0,2”; точность рабочей поверхности ГПЗ (после его раскрытия) 10 мкм; температура рабочей поверхности ГПЗ 4,5 K. Показано, что из-за своей протяженности и низкой частоты собственных колебаний ККТ становится гравитационно- и инерциально-чувствительной системой к воздействию внешних и внутренних микродинамических возмущений (ВВМВ). Рассмотрены проблемы обеспечения прецизионности ККТ при эксплуатации в условиях ВВМВ, глубокого вакуума и сверхнизких температур. Показано также, что точность ориентации и стабилизации МСС на порядок ниже требуемых, а упругие колебания низкочастотных крупногабаритных элементов конструкции ККТ от воздействия ВВМВ способны привести к нарушению требуемой прецизионности. Отмечено, что удаление орбиты обсерватории на огромные расстояния от Земли не позволяет осуществлять управление ее системами и планом эксперимента в режиме реального времени. Проведен анализ известных методов и средств, применяемых для решения подобных проблем. Представлена оригинальная концепция интеллектуальной системы активной виброзащиты и высокоточного наведения ККТ обсерватории "Миллиметрон", направленная на решение указанных проблем.
Литература
[1] Wild W., Kardashev N.S, Babakin N.G. Millimetron - a large Russian-European submillimeter space observatory. Experimental Astronomy, 2009, vol. 23, no. 1, pp. 221-244. DOI: 10.1007/s10686-008-9097-62009
[2] Лебедев А.П., Полежаев В.И. Механика невесомости: микроускорения и гравитационная чувствительность процессов массообмена при получении материалов в космосе. Успехи механики, 1990, т. 13, вып. 1, с. 3-51
[3] Титов Б.А., Вьюжанин В.А., Дмитриев В.В. Формирование динамических свойств упругих космических аппаратов. Москва, Машиностроение, 1995, 304 с.
[4] Саяпин С.Н., Синев А.В., Трубников А.Г. Проблема гравитационной чувствительности высокоточных трансформируемых антенн космических радиотелескопов. Сб. трудов VII Российского симпозиума "Механика невесомости. Итоги и перспективы фундаментальных исследований гравитационно-чувствительных систем". Москва, 11-14 апреля 2000 г. Москва, ИПМ РАН, 2001, с. 463-474
[5] Саяпин С.Н., Синев А.В., Трубников А.Г. Способ подавления помех от колебаний упругой конструкции космической трансформируемой антенны в процессе эксплуатации и устройство для его осуществления. Пат. № 2161109 Российская Федерация, 2000, бюл. № 36
[6] Sayapin S.N. Active Vibration Isolation and Pointing System for High-Precision Large Deployable Space Antennas. Scientific Journal "FACTA UNI-VERSITA-TIS", Series "MECHANICAL ENGINEERING", vol. 1, no. 8, 2001, University of Nis, Yugoslavia, pp. 935-938
[7] Murata Y., Saito H., Tsuboi M. The VSOP-2 (ASTRO-G) project. To be published in Proceedings of Science, proceedings of “The 9th European VLBI Network Symposium” on “The role of VLBI in the Golden Age for Radio Astronomy and EVN Users Meeting”. Bologna, Italy. September 23-26, 2008
[8] Koski K. Focus Mechanism for Kepler Mission. Proceedings of the 39th Aerospace Mechanisms Symposium, NASA Marshall Space Flight Center, May 7-9, 2008, pp. 359-372
[9] Саяпин С.Н. Перспективы и возможное применение пространственных механизмов параллельной структуры в космической технике. Проблемы машиностроения и надежности машин, 2001, № 1, с. 17-26
[10] Саяпин С.Н. Анализ и синтез раскрываемых на орбите прецизионных крупногабаритных механизмов и конструкций космических радиотелескопов лепесткового типа. Дис. ... д-ра техн. наук. Москва, ИМАШ РАН, 2003, 446 с.
[11] Саяпин С.Н., Кокушкин В.В. Способ подавления помех от колебаний упругой конструкции космической трансформируемой антенны в процессе эксплуатации и устройство для его осуществления. Пат. № 2323136 Российская Федерация, 2008, бюл. № 12
[12] Саяпин С.Н., Синев А.В. Линейный привод. Пат. № 2373611 Российская Федерация, 2009, бюл. № 32
[13] Саяпин С.Н., Синев А.В. Адаптивный мобильный пространственный робот-манипулятор и способ организации движений и контроля физико-механических свойств и геометрической формы контактируемой поверхности и траектории перемещения с его помощью. Пат. № 2424893 Российская Федерация, 2011, бюл. № 21
[14] Саяпин С.Н. Додекапод как современный этап развития пространственных параллельных роботов. Проблемы машиностроения и надежности машин, 2012, № 6, с. 31-45
[15] Merlet J.-P. Parallel Robots, 2nd ed. Dordrecht, The Netherlands: Sringer, 2006, ch. 2
[16] Stewart D. A platform with six degrees of freedom. Proc. Inst. Eng. 1965-66, vol. 180, no. 15, pt. 1, pp. 371-386
[17] Baier, H., Reindl, M. Adaptive structures and mechatronic components for vibration and shape control of satellite payloads. In: Proceedings of the 10h European Space Mechanisms and Tribology Symposium, 24-26 September 2003, San Sebastian, Spain. Compiled by R. A. Harris. ESA SP-524, Noordwijk, Netherlands: ESA Publications Division, ISBN 92-9092-834-4, 2003, pp. 391-396
[18] Bronowicki A.-J. Vibration Isolator for Large Space Telescopes. Journal of spacecraft and rockets, vol. 43, no. 1, January-February 2006
[19] Квакернаак Х., Сиван Р. Линейные оптимальные системы управления. Москва, Мир, 1977, 650 с.
[20] Сигеру Омату, Марзуки Халид, Рубия Юсоф. Нейроуправление и его приложения. Кн. 2. Москва, ИПРЖР, 2000, 272 с. (Нейрокомпьютеры и их применение). Sigeru Omatu, Marzuki Khalid, Rubiyah Yusof. Neuro-Control and its Applications: Springer