В перспективе установка позволит проводить оперативную оценку характеристик калибровочных спутников, что требуется для точного измерения и прогнозирования орбит космических аппаратов.
Сегодня на орбите Земли насчитывается более 10 тысяч активных спутниковых систем и с каждым годом их количество стремительно увеличивается. Неотъемлемой частью группировки спутников являются ретрорефлекторы – шарообразные оптические устройства, по всей поверхности которых расположены лазерные отражатели (небольшие зеркала), имеющие углы в 90 градусов. Также космические ретрорефлекторы могут иметь и другую конструкцию, например, в виде внутреннего и внешнего сферического корпусов из стекол различным преломлением. Когда свет попадает на ретрорефлектор, он отражается обратно, что позволяет измерять расстояние и вычислять местоположение различных объектов на Земле и других спутников. Это играет критическую роль в современном мире, обеспечивая связь, навигацию (GPS, ГЛОНАСС), мониторинг погоды и многое другое.
Для проверки ретрорефлекторов требуются специальные стенды, которые позволяют узнать, обеспечивают ли они необходимую точность измерения расстояний, сравнить их фактические характеристики с проектными спецификациями, а также удостовериться, что они соответствуют всем требованиям. Однако на данный момент космические ретрорефлекторы проверяются на стендах, изначально разработанных и оптимизированных для других оптических устройств (например, гироскопических систем), что требует больших аппаратных и временных затрат, поскольку под каждое тестируемое устройство необходимо настраивать вычислительные процессы.
«По заказу одной российской научно-производственной корпорации мы создали прототип стенда для проверки сферических оптических ретрорефлекторов. Эти устройства необходимы для измерения расстояния до космических аппаратов и определения их местоположения. Наш прототип специально разработан для испытаний данных устройств, что позволяет ему иметь компактные размеры. Кроме того, он проще и будет иметь более низкую стоимость благодаря использованию всего двух тензодатчиков, которые преобразуют механическую нагрузку в удобный для измерения сигнал. Также стоит отметить, что процесс измерений и обработка вычислений занимает значительно меньше времени, поскольку стенд является узкоспециализированным». – Доцент кафедры лазерных измерительных и навигационных систем (ЛИНС) СПбГЭТУ «ЛЭТИ» Егор Вадимович Шалымов.
Во время проверки ретрорефлекторов важно контролировать отклонение положения геометрического центра относительно центра их масс. Оно не должно превышать 100 микрометров (0.1 миллиметра). Это означает, что их оси или поверхности должны быть выровнены так, чтобы они могли правильно отражать свет обратно к источнику. Если геометрический центр спутника будет слишком далеко от своего центра масс, это может привести к ошибкам в измерениях или ухудшению работы устройства.
Чтобы физически смоделировать возможное смещение, исследователи из ЛЭТИ ставили на прототип стенда, представляющего собой небольшую платформу, крупный стальной тяжелый шар (весом с ретрорефлектор). На шар крепился магнит, который смещает центр масс на заданную величину. Используя набор шарообразных магнитов разного размера, взвешенных с высокой точностью, можно было контролируемо смещать центр масс и сравнить рассчитанное значение с измеряемым на стенде значением. Результаты испытаний подтвердили, что разработанный образец позволяет обеспечить требуемую точность измерений.
По словам доцента кафедры ЛИНС СПбГЭТУ «ЛЭТИ» Егора Вадимовича Шалымова, в перспективе после проведения тестирования с помощью стенда будет осуществляться сертификация, которая включает аттестацию с указанием допустимого отклонения для самих ретрорефлекторов.
фото: NASA, unsplash.comЭто новость от журнала ММ «Машины и механизмы». Не знаете такого? Приглашаем прямо сейчас познакомиться с этим удивительным журналом.