Современные мехатронные и робототехнические решения для перспективных космических аппаратов дистанционного зондирования Земли и планет Солнечной системы

Современные космические аппараты (КА) дистанционного зондирования Земли (ДЗЗ) и планет Солнечной системы решают широкий спектр задач. Для повышения разрешающей способности, лучшей детализации изображений различного спектрального диапазона, а также расширения и объема передаваемых и обрабатываемых данных технические средства и системы в составе космических аппаратов непрерывно развиваются, совершенствуются алгоритмы и методы обработки данных.
Непрерывное развитие и усложнение аппаратуры для выполнения задач ДЗЗ приводит к повышенным, специфичным требованиям к самому КА. Здесь можно выделить как общеизвестные потребности повышения надежности, уменьшения массы платформы КА, энергопотребления его составных частей, повышения тепловой энергии систем терморегулирования (СТР), так и частные задачи вибро- и термоизоляции, обеспечения высокой точности позиционирования и стабилизации различной бортовой аппаратуры, в том числе с прецизионной точностью, измеряемой микрометрами и единицами угловых секунд. Для решения указанных задач необходимо применение мехатронных и робототехнических устройств и приводов в составе служебных и вспомогательных систем КА ДЗЗ, обеспечивающих:
- повышение надежности и ресурса подсистем КА и КА в целом;
- высокую точность позиционирования, стабилизации, виброизоляции целевой аппаратуры;
- эффективное распределение тепловой энергии в высоконагруженных системах терморегулирования;
- уменьшение массы и габаритов, общую миниатюризацию;
- снижение энергопотребления;
- расширение функционала, в том числе обеспечение сервисных функций сложной целевой аппаратуры.
В данном докладе подробно описывается опыт разработки специалистами БГТУ «ВОЕНМЕХ» им. Д.Ф. Устинова мехатронных и робототехнических систем и устройств, а также научно-технические, технологические компетенции университета. Приводится информация о результатах разработок, ключевыми из которых являются:
- системы наведения, позиционирования с параллельной структурой;
- электронасосный агрегат;
- универсальные мехатронные модули и приводы;
- универсальный робот-манипулятор.
К системам наведения, позиционирования с параллельной кинематической структурой относятся устройства типа трипод, гексапод. Предназначены они для выполнения задач точного наведения и позиционирования крупногабаритных конструкций и элементов оптических систем наблюдения. Подобные системы обладают крайне низкой погрешностью перемещения, высокой жесткостью, широкими возможностями к масштабируемости и адаптации конструкции под конкретные задачи.
Электронасосный агрегат (ЭНА) является ключевым элементом активных СТР. От прочих аналогичных устройств разработанный образец отличается достаточно высоким расходом, высокими показателями надежности и ресурса, низкой виброактивностью, малой массой и габаритами, современными отказоустойчивыми режимами управления, широким возможностями подстройки и управления электронасосом, широким каналом телеметрии и бортовым контролем технического состояния.
Универсальные мехатронные модули (УММ) являются готовыми техническими решениями для различных бортовых исполнительных систем КА с целю решения задач перемещения, корректировки, трансформирования крупногабаритных конструкций. Подобные модули обладают сравнительно низкой массой и габаритами, высокой жесткостью, точностью или скоростью позиционирования, гибкостью и широкими возможностями системы управления.
Универсальный робот-манипулятор является классической робототехнической системой с последовательной кинематической структурой для решения широкого спектра задач. Представленная разработка особо выделяется модульностью ее конструкции, в том числе на основе УММ; низкой погрешностью наведения, широкими возможностями управления и дооснащения дополнительными конструктивными и алгоритмическими элементами для решения сложных и специфических задач.
Приводимые результаты разработок сравниваются с ближайшими мировыми аналогами с выделением особенностей и преимуществ. Помимо этого, рассматриваются перспективные направления работ для совершенствования ракетно-космической техники.