Проблемы прецизионности криогенного космического телескопа обсерватории "Миллиметрон"

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. Показано, что вследствие своей протяженности и низкой частоты собственных колебаний телескоп является гравитационно- и инерциально-чувствительной системой к воздействию внешних и внутренних микродинамических возмущений. Рассмотрены проблемы обеспечения прецизионности телескопа при эксплуатации в условиях указанных возмущений, глубокого вакуума и сверхнизких температур. Определено, что точность ориентации и стабилизации модуля служебных систем на порядок ниже требуемой, а упругие колебания низкочастотных крупногабаритных элементов конструкции телескопа, возникающие от воздействия внешних и внутренних микродинамических возмущений, способны привести к нарушению требуемой прецизионности. Отмечено, что удаление орбиты обсерватории на огромные расстояния от Земли не позволяет управлять системами обсерватории 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 телескопа обсерватории "Миллиметрон", направленная на решение указанных проблем.

Литература

[1] Wild W., Kardashev N.S., Babakin N.G. Millimetron - a large Russian-European submiUimeter space observatory // Experimental Astronomy. 2009. Vol. 23. No. 1. Р. 221-244. DOI: 10.1007/s10686-008-9097-62009

[2] Bronowicki A.-J. Vibration Isolator for Large Space Telescopes // Journal of Spacecraft and Rockets. 2006. Vol. 43. No. 1. January-February. P. 45-53

[3] Nakagawa T. SPICA and its instrumentation. Proceedings of the 19th International Symposium on Space Terahertz Technology: Groningen, the Netherlands, April 2830, 2008. Pt. 1: Oral contributions. 2008. Р. 20-26

[4] Лескова Н. Академик Николай Кардашев: "Люди должны уметь мечтать" // Наука и жизнь. 2013. № 11. С. 34-39

[5] Транковский С. Зачем нужен радиотелескоп на орбите // Наука и жизнь. 2013. № 11. С. 36-39

[6] Матвеенко Л.И., Кардашев Н.С., Шоломицкий Г.Б. О радиоинтерферометре с большой базой // Изв. вузов. Радиофизика. 1965. Т. 8. № 4. С. 651-654

[7] Матвеенко Л.И. Радиоинтерферометр. В кн. Физика космоса: маленькая энциклопедия. М.: Сов. энциклопедия, 1986. С. 547-551

[8] Космический радиотелескоп КРТ-10 / В.М. Арсентьев, А.С. Гвамичава, Ю.И. Данилов и др. Доклады Академии наук СССР. Астрономия. 1982. Т. 264. № 3. С. 588-591

[9] Архипов М.Ю., Виноградов И.С., Кардашев Н.С., Усюкин В.И. "Радиоастрон" - вклад в проект сотрудничества кафедры СМ-1 МГТУ им. Н.Э. Баумана и АКЦ ФИАН // Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. Машиностроение. Спецвыпуск "Крупногабаритные трансформируемые космические конструкции и материалы для перспективных ракетно-космических систем". 2012. С. 49-59

[10] 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

[11] Титов Б.А., Вьюжанин В.А., Дмитриев В.В. Формирование динамических свойств упругих космических аппаратов. М.: Машиностроение, 1995. 304 с.

[12] Саяпин С.Н., Синев А.В., Трубников А.Г. Проблема гравитационной чувствительности высокоточных трансформируемых антенн космических радиотелескопов. Сб. труд. VII Российского симпозиума "Механика невесомости. Итоги и перспективы фундаментальных исследований гравитационно-чувствительных систем". 11-14 апреля 2000 г. М., ИПМ РАН, 2001. С. 463-474

[13] 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. РФ на изобретение № 2161109. Бюл. изобр. 2000. № 36

[14] Sayapin S.N. Active Vibration Isolation and Pointing System for High-Precision Large Deployable Space Antennas // Scientific Journal "FACTA UNIVERSITA-TIS", Series "MECHANICAL ENGINEERING". Vol. 1. No. 8. 2001. University of Nis, Yugoslavia. Р 935-938

[15] 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" September 23-26, 2008 Bologna, Italy

[16] Defendini A., Vaillon L., Trouve F., Rouse Th., Sanctorum B., Griseri G. Technology predevelopment for active control of vibration & very high accuracy pointing systems. Proceedings of 4th ESA International Conferenceon Spacecraft Guidance, Navigation and Control Systems (Proceedings to appear in spring 2000). 18-21 October 1999. Noordwijk: The Netherlands. 7 p.

[17] Vaillon L., Champetier C., Gullaud V., Aldridge J., Philippe C. Passive and active microvibration control for very high pointing accuracy space system. Proceedings of Third International Conference on Spacecraft Cuidance, Navigation and Control Systems. ESTEC. Noordwijk: The Netherlands, 26-29 November 1996. ESASP-381 (February 1997). P. 497-503

[18] Разработка принципов построения комплекса эффективных средств виброзащиты и высокоточного наведения прецизионных космических конструкций и схемных решений для его реализации в составе базовых космических аппаратов. Отчет / А.В. Синев, С.Н. Саяпин, М.Я. Израилович и др. М., 2000. 108 с.

[19] Koski K. Focus Mechanism for Kepler Mission. Proceedings of the 39th Aerospace Mechanisms Symposium. NASA Marshall Space Flight Center. May 7-9. 2008. Р 359-372

[20] Саяпин С.Н. Перспективы и возможное применение пространственных механизмов параллельной структуры в космической технике // Проблемы машиностроения и надежности машин. 2001. № 1. С. 17-26

[21] Саяпин С.Н. Анализ и синтез раскрываемых на орбите прецизионных крупногабаритных механизмов и конструкций космических радиотелескопов лепесткового типа: Дис. ... д-ра техн. наук. М.: ИМАШ РАН, 2003. 446 с.

[22] 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. РФ на изобретение № 2323136. Бюл. изобр. 2008. № 12

[23] Саяпин С.Н., Синев А.В. Линейный привод. Пат. РФ на изобретение № 2373611. Бюл. изобр. 2009. № 32

[24] 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. РФ на изобретение № 2424893. Бюл. изобр. 2011. № 21

[25] Саяпин С.Н. Додекапод как современный этап развития пространственных параллельных роботов // Проблемы машиностроения и надежности машин. 2012. № 6. С. 31-45

[26] Merlet J.-P. Parallel Robots, Dordrecht. СИ. 2. The Netherlands: Sringer, 2006

[27] Stewart D. A platform with six degrees of freedom // Proc. Inst. Eng. 1965-66. Vol. 180. No. 15. Pt 15. Pt 1. Р. 371-386

[28] Baier H., Reindl M. Adaptive structures and mechatronic components for vibration and shape control of satellite payloads // In: Proceedings of the 10th 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, 2003. Р. 391-396

[29] Квакернак Х., Сиван Р. Линейные оптимальные системы управления. М.: Мир, 1977. 650 с.

[30] Нейроуправление и его приложения. Кн. 2. / Сигеру Омату, Марзуки Халид, Рубия Юсоф; пер. с англ.; под ред. А.И. Галушкина, В.А. Птичкина. М.: ИПРЖР. 2000. 272 с.

[31] Физическая модель пространственной системы активной виброизоляции и наведения / К.В. Фролов, С.Н. Саяпин, А.В. Синев и др. Пат. РФ на изобретение № 2224295. Бюл. изобр. 2004. № 5