Методика проектирования системы обеспечения теплового режима малых космических аппаратов и верификация математических моделей на основе данных телеметрии

Авиационная и ракетно-космическая техника

Проектирование, конструкция и производство летательных аппаратов

2021. Т. 28. № 3. С. 113-129.

DOI: 10.34759/vst-2021-3-113-129

Авторы

Кауров И. В., Ткаченко И. С.*, Салмин В. В.**

Самарский национальный исследовательский университет им. академика С.П. Королева, Московское шоссе, 34, Самара, 443086, Россия

*e-mail: innovatore@mail.ru
**e-mail: sputnik@ssau.ru

Аннотация

Разработаны тепловые математические модели с распределенными и сосредоточенными параметрами малого космического аппарата (МКА) серии «АИСТ». Проведена верификация моделей на основе телеметрических данных, полученных в ходе экспериментальной эксплуатации аппарата. На основе представленных тепловых математических моделей разработана методика проектирования систем обеспечения теплового режима МКА. Расчет математической модели теплового состояния МКА с распределенными параметрами произведен с помощью модуля Simcenter 3D Space Systems Thermal специализированного программного обеспечения Siemens NX. Расчет математической модели теплового состояния МКА на основе дифференциальных уравнений с сосредоточенными параметрами произведен с помощью программного пакета Matlab в среде динамического междисциплинарного моделирования сложных технических систем Simulink. Разработанная методика тепловой математической модели применена при создании расчетной математической модели теплового состояния перспективного МКА для задач экологического мониторинга.

Ключевые слова:

малый космический аппарат, негерметичный космический аппарат, тепловое моделирование, система обеспечения теплового режима

Библиографический список

  1. Алифанов О.М., Андреев А.Н., Гущин В.Н. и др. Баллистические ракеты и ракеты-носители: Учеб. пособие. – М.: Дрофа, 2004. – 512 с.

  2. Кудрявцева Н.С. Основы проектирования эффективных систем терморегулирования космических аппаратов. – М.: Изд-во МАИ, 2012. – 226 с.

  3. Miao J., Zhong Q., Zhao Q., Zhao X. Spacecraft Thermal Control Technologies. – Springer Nature Singapore Pte Ltd, 2021. – 360 p.

  4. Землянский Б.А., Анфимов Н.А., Балыко Ю.П. и др. Методологические основы научных исследований при обосновании направлений космической деятельности, облика перспективных космических комплексов и систем их научно-технического сопровождения. – Т. 4 Методология исследований аэротермодинамики и тепловых режимов в обеспечение разработки изделий ракетно-космической техники. – М.: Дашков и К, 2016. – 384 с.

  5. Кирилин А.Н., Аншаков Г.П., Ахметов Р.Н., Сторож А.Д. Космическое аппаратостроение. Научно-технические исследования и практические разработки АО «РКЦ «Прогресс» / Под ред. д.т.н. А.Н. Кирилина. – Самара: АГНИ, 2017. – 376 с.

  6. Diaz-Aguado M., Greenbaum J., Fowler W.T., Lightsey E.G. Small satellite thermal design, test, and analysis // Proceedings of SPIE – The International Society for Optical Engineering. 2006. Vol. 6221. DOI: 10.1117/12.666177

  7. Toro S.M., Hornbuckle R.W., Lightsey G. FASTRAC Early Flight Results // Journal of small satellites. 2012. Vol. 1. No. 2, pp. 49-61.

  8. Алексеев В.А., Кудрявцева Н.С., Малоземов В.В., Пичулин А.С., Титова А.С., Шангин И.А. Математическое моделирование тепловых процессов малогабаритной бортовой аппаратуры // Вестник Московского авиационного института. 2010. Т. 17. № 1. С. 55-61.

  9. Алексеев В.А., Кудрявцева Н.С., Титова А.С. Расчетно-экспериментальный метод выбора параметров испытательных камер для отработки тепловых режимов бортовой аппаратуры негерметичных космических аппаратов // Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. Машиностроение. 2018. № 2(119). С. 72–88. DOI: 10.18698/0236-3941-2018-2-72-88

  10. Пичулин В.С., Алексеев В.А., Шишанов А.В. и др. Системы обеспечения теплового режима радиоэлектронных устройств космических аппаратов: Учебное пособие. – М.: Изд-во МАИ, 2019. – 112 с.

  11. Алексеев В.А., Кудрявцева Н.С., Титова А.С. Выбор параметров термокамеры для испытаний антенной решетки негерметичного спутника Земли // Вестник Московского авиационного института. 2014. Т. 21. № 1. С. 154-162.

  12. Жаренов И.С., Жумаев З.С. Система обеспечения теплового режима микроспутника «ТаблетСат-Аврора»: проектирование и лётная отработка // Вестник Московского авиационного института. 2015. Т. 22. № 3. С. 63-75.

  13. Фортескью П., Суайнерд Г., Старк Д. (ред.) Разработка систем космических аппаратов / Пер. с англ. – М.: Альпина Паблишер, 2015. – 765 с.

  14. Кирилин А.Н., Ткаченко С.И., Салмин В.В. и др. Малые космические аппараты серии «АИСТ». Проектирование, испытания, эксплуатация, развитие. – Самара: Изд-во СамНЦ РАН, 2017. – 348 с.

  15. Вятлев П.А., Сергеев Д.В., Сысоев А.К., Сысоев В.К. Влияние длительного хранения на характеристики элементов терморегулирующих покрытий космических аппаратов // Вестник Московского авиационного института. 2020. Т. 27. № 4. С. 222-228. DOI: 10.34759/vst-2020-4-222-228

  16. Hartsfield C.R., Shelton T.E., Palmer B.O., O’Hara R. All-metallic phase change thermal management systems for transient spacecraft loads // Journal of Aerospace Engineering. 2020. Vol. 33. No. 4. DOI: 10.1061/(ASCE)AS.1943-5525.0001150

  17. Бондаренко В.А., Устинов С.Н., Немыкин С.А., Финченко В.С. Система обеспечения теплового режима малых космических аппаратов // Вестник НПО им. С.А. Лавочкина. 2013. Т. 3. № 19. С. 37-42.

  18. Куренков В.И. Основы проектирования космических аппаратов оптико-электронного наблюдения поверхности Земли. Расчёт основных характеристик и формирование проектного облика: Учебное пособие. – Самара: Изд-во Самарского университета, 2020. – 461 с.

  19. Волгин С.С., Иванушкин М.А., Кауров И.В. и др. Результаты обработки данных телеметрических измерений, поступающих от группировки малых космических аппаратов серии «Аист» // Космонавтика и ракетостроение. 2019. № 1(106). С. 80-91.

  20. Ivanushkin M.A., Tkachenko I.S., Safronov S.L. et al. On the results of processing of the telemetry data received from the «AIST» small satellite constellation // Journal of Physics: Conference Series. 2019. Vol. 1368. Issue 4: 042062. DOI: 10.1088/1742-6596/1368/4/042062

  21. Armin Veshkini, Kevin Lee, Chris Jackson, Christopher Pye, Modeling Lunar and Martian Environments with Simcenter 3D Space Systems Thermal // 49th International Conference on Environmental Systems (07-11 July 2019; Boston, Massachusetts). URI: https://hdl.handle.net/2346/84935

  22. Hintermana E., Hoffman J.A. Simulating oxygen production on Mars for the Mars Oxygen In-Situ Resource Utilization Experiment // Acta Astronautica. 2020. Vol. 170, pp. 678-685. DOI: 10.1016/j.actaastro.2020.02.043

  23. Абрашкин В.И., Кирилин А.Н., Салмин В.В. и др. Космический аппарат дистанционного зондирования Земли. Патент RU 198739 U1. Бюл. № 21, 24.07.2020.

  24. Матвеев Н.К. Экранно-вакуумная телоизоляция и определение её характеристик: Учебное пособие. – СПб.: Изд-во БГТУ, 2012. – 40 с.

  25. Колесников А.В., Палешкин А.В. Тепловое проектирование космических аппаратов: Учебное пособие. – М.: Изд-во МАИ, 2013. – 96 с.

mai.ru — информационный портал Московского авиационного института

© МАИ, 1994-2024