Перейти к основному содержимому

Комплекс имитаторов космической среды "Терра"

Имитатор магнитного поля Земли​

Имитатор магнитного поля Земли – магнитная катушка, предназначенная для создания управляемой величины магнитного потока, направленного сквозь вертикально установленную его плоскость (рабочую плоскость). Такая рамка играет роль упрощенного одноосного имитатора магнитного поля Земли (рисунок 1):

Токовая рамка

Рисунок 1. Токовая рамка

Токовая рамка устанавливается на пол и обеспечивает возможность размещения на нити конструктора ОрбиКрафт 3D так, чтобы его центр масс был размещен в рабочей плоскости – экваториальной плоскости глобуса, на высоте примерно 80 см от пола, и обеспечивалось его неограниченное свободное вращение.

Основные характеристики:

  • Зона однородности (5%, 1 градус) совпадает с размером конструктора;
  • Материал: каркас алюминий, проводник - медь;
  • Габариты: обеспечивают свободное вращение макета внутри нее на струне с возможностью регулировки по высоте на величину ± 5 см;
  • Время непрерывной работы на полной мощности: не менее 4 часов;
  • Напряжение питания: не более 27 В;
  • Безопасная при лабораторном использовании.

Имитатор Земли​

Имитатор Земли (рисунок 2) - земной глобус, обеспечивающий:

  • геометрически - масштабированный внешний вид Земли, видимый с борта спутника, диаметром 130 см;
  • кинематику движения спутника по подспутниковой трассе вдоль экваториальной орбиты - или в реальном времени, или с использованием обоснованного масштабирования (ускорение, замедление времени), условия съемки определенных участков поверхности аналогично и в тех же терминах, что и съемка реальной земной поверхности спутниками ДЗЗ (время, орбитальные параметры, координаты точки, координаты региона);
  • условия связи с «землей» (наземными измерительными пунктами – НИПами) по телеметрической и телекомандной радиолинии, когда наземный пункт оказывается в зоне геометрической радиовидимости борта – включаются светодиоды соответствующей «наземной станции»;
  • условия передачи данных «на землю» по высокоскоростному каналу связи, когда наземный пункт оказывается в зоне геометрической радиовидимости борта. Имитатор Земли

Имитатор Земли Терра

Рисунок 2. Имитатор Земли Терра

Спутник «летит по околоземной орбите», а по сути - висит на нити в имитируемом «геомагнитном» поле (внутри токовой рамки) и поворачивается в горизонтальной плоскости на нити - или свободно, или под действием бортовой системы управления, запрограммированной пользователем - в то время, как глобус Земли перед ним равномерно вращается, имитируя движение аппарата по экваториальной орбите. Требуемый для съемки участок поверхности глобуса в районе экватора глобуса рано или поздно оказывается перед повешенным аппаратом, и задача системы управления спутника - к этому моменту сориентировать и стабилизировать спутник на подвесе, направив поле зрения камеры с необходимой точностью на интересующий участок, снять его и затем передать данные съемки «на Землю» пользователю, сопровождая эту возможность ориентацией лазерной указки на требуемый «наземный» пункт приема.

Управление Глобусом осуществляется через порт USB ПК, в задачи которого входит управление вращением глобуса, а также управление сетью «наземных» (на поверхности глобуса) центров приема и обработки телеметрии (НИП), а также «поверхностных» центров приема высокоскоростной информации. Эти центры размещены на поверхности «Земли» в заранее известных, заданных и неизменных во времени географических точках.

Условия связи с «Землей» по телеметрической и телекомандной радиолинии имитируются путем расчета, когда тот или иной НИП на поверхности глобуса находится в зоне геометрической радиовидимости с подвешенным на струне бортом, и выдачи соответствующей команды на включение или выключение радиоприемника этого наземного пункта. После включения наземный пункт по умолчанию находится в режиме приема данных телеметрии.

Условия передачи данных с борта на «Землю» (фотоприемник на поверхности глобуса) по высокоскоростному каналу связи имитируются с использованием засветки и удержания бортовым лазерным лучом указки заданного маркера на поверхности вращающегося глобуса. Факт засветки фотодиода на поверхности глобуса в течение заданного интервала времени является признаком нормальной ориентации «борта» на «Землю», после чего данные с борта передаются по обычному каналу Wi-Fi все время, пока светодиод ВЧ-передатчика подсвечивает необходимый маркер.

Основные характеристики глобуса:

  • диаметр 130 см;
  • масса всего имитатора (глобус и спрятанный внутри привод с системой управления) 40 кг;
  • масса глобуса 20 кг, материал глобуса - прочный стеклопластик;
  • хорошая контрастность покрытия глобуса;
  • карта с видом Земли из космоса и сеткой из параллелей и меридианов;
  • вертикальная ось вращения глобуса;
  • скорость вращения глобуса может плавно или ступенчато регулироваться от ПК от 0 до 1 об/мин, максимальная погрешность поддержания скорости вращения не больше +-2%; на турнире скорость вращения будет выставлена равной 0.2 об/мин;
  • все привода, электроника и прочее – расположены внутри глобуса;
  • глобус подключается к розетке 220 В и к порту USB управляющего ПК.

Характеристики системы управления глобусом:

  • одноосный электропривод;
  • драйвер привода и плата управления драйвером;
  • подключение к компьютеру по интерфейсу USB;
  • система управления «наземными» пунктами телеметрии, а также фотодиод для детектирования света лазерной указки «борта».

Все геометрические параметры глобуса, кинематические параметры его вращения согласованы с возможностями динамической бортовой системы управления макета спутника (быстродействие, точность, число степеней свободы, время непрерывной работы), а также с возможностями бортовой полезной нагрузки (поле зрения, время экспозиции, условия освещенности, скорость передачи данных), используемой в составе макета для получения специальной информации.

Имитатор Солнца​

Имитатор Солнца

Имитатор Солнца

Рисунок 3. Имитатор Солнца

Имитатор Солнца – источник света, обеспечивающий пучок света, по ряду характеристик схожий с солнечным, с целью воздействия на систему ориентации макета, а также на условия съемки участков глобуса камерой, установленной в составе макета спутника (рисунок 3).

Основные параметры имитатора:

  • непараллельность пучка не хуже 12 градусов;
  • спектр излучения - максимально приближенный к солнечному;
  • диаметр пучка света, концентрирующий 90% мощности, не более 20 см;
  • мощность видимого излучения близка к Солнечной 1367 Вт/м2 на расстоянии не менее 0.2 м от источника света;
  • безопасность для глаз (защита в виде очков);
  • во время проведения эксперимента имитатор неподвижен, и может быть легко перемещен одним человеком на любое расстояние между экспериментами;
  • питание от обычной сети 220 В;
  • наличие системы крепления (штатива), позволяющей возможность плавной регулировки источника света по высоте (от 0.5 до 1.5 м), по углу наклона к горизонту (-60..60 град).

Имитатор Солнца должен быть включен пользователем перед началом проведения эксперимента и отключен после проведения эксперимента вручную с использованием обычного выключателя.