Инструменты пользователя

Инструменты сайта


manual_03

Различия

Здесь показаны различия между двумя версиями данной страницы.

Ссылка на это сравнение

manual_03 [2020/04/06 18:44] (текущий)
golikov создано
Строка 1: Строка 1:
 +===== 2.4 Описание и работа составных частей изделия. =====
 +==== 2.4.1 Система энергопитания ====
 + 
 +Виртуальное [[power_subsys|потребление]] - 60мА
  
 +{{ сэп.png?​direct&​200| СЭП}}
 +
 +Система энергопитания,​ или СЭП - сердце спутника. Система энергопитания реальных спутников заряжает аккумуляторы от солнечных батарей и преобразует напряжение аккумуляторов в стабилизированное напряжение борта для различных приборов. В некоторых случаях СЭП позволяет по команде или автоматически отключать или включать питание отдельных потребителей.
 +
 +В конструкторе система энергопитания содержит аккумуляторную батарею,​ а наличие панелей солнечных батарей (СБ) и логика заряда-разряда аккумуляторов учитываются "​виртуально"​. "​Виртуальность"​ панелей СБ связана с тем, что зарядка аккумуляторов от реальных солнечных батарей затруднительна в помещении;​ эффективный заряд потребует слишком большой площади панелей СБ. Поэтому СЭП устроена следующим образом. Первая часть СЭП (реальная) фактически предоставляет энергию всем потребителям,​ заряжается от сети 220В и содержит достаточно энергии на "​полет"​ длительностью до 4 часов. Вторая часть СЭП (виртуальная) имитирует работу системы энергопитания спутника,​ имеет ограниченный запас виртуальной энергии. Именно её видно при запросе телеметрии СЭП. Эта энергия пополняется при наведении имитатора солнечной батареи на [[sim_sun|имитатор солнца]],​ а при полном исчерпании виртуальной энергии выполнение задания "​бортом"​ аварийно завершается - как это и происходит в реальной жизни.
 +
 +Реальная система энергопитания представляет из себя преобразователь напряжения,​ зарядное устройство и аккумулятор. Заряд аккумулятора производится с помощью зарядного устройства,​ входящего в комплект конструктора. К бортовой информационной сети/​сети питания система энергопитания подключается [[wiring|стандартными шлейфами]]. ​
 +
 +В нормальной работе "​спутник"​ полностью автономен и запитан только от бортовых аккумуляторов,​ постепенно тратит свои виртуальные и реальные запасы энергии,​ выполняя заложенную на борт программу полета.
 +
 +При "​наземном"​ обслуживании,​ перед "​полетом",​ бортовые аккумуляторы,​ естественно,​ нужно подзаряжать. Для этого зарядное устройство подключается к сети 220В. В этом случае сигнальный светодиод на СЭП загорается зеленым светом.
 +
 +<note warning>
 +При работе со спутником не рекомендуется оставлять на длительное время (более 4 часов) систему энергопитания подключенной к зарядному устройству при отсутствии нагрузки. Такое подключение может снизить срок службы аккумулятора. Остальные комбинации включения являются разрешенными. ​
 +</​note>​
 +
 +==== 2.4.2 Бортовой компьютер управления ====
 + 
 +Виртуальное [[power_subsys|потребление]] - 150мА
 +
 +{{ бку.png?​direct&​200| БКУ }}
 +Бортовой компьютер управления (БКУ) конструктора ОрбиКрафт содержит и выполняет пользовательскую программу полета "​микроспутника"​. Именно программное обеспечение,​ запущенное на нём, решает в какой последовательности получать данные с каких датчиков,​ как их интерпретировать,​ какие выдавать команды управления,​ когда включить и выключить полезную нагрузку (сделать снимок),​ когда и какую информацию передать на "​Землю"​.
 +
 +О том как написать простейшую программу для конструктора Вы можете прочитать в разделе [[first_program|первое знакомство]].
 +
 +==== 2.4.3 Магнитометр ====
 + 
 +Виртуальное [[power_subsys|потребление]] - 40мА
 +
 +{{ магнитометр.png?​direct&​200| Магнитометр}}
 +Чаще всего при проектировании космических аппаратов,​ работающих на низких орбитах,​ в качестве одного из устройств определения ориентации (как правило,​ дополняющего солнечные датчики),​ используют магнитометр. ​
 +
 +Магнитометр измеряет магнитное поле вокруг себя, выдавая три компоненты вектора индукции магнитного поля, в единицах,​ измеряемых в Тесла. В идеальных условиях магнитометр на борту спутника измеряет именно геомагнитное поле Земли - то самое, которое заставляет поворачивать стрелку компаса у наземного пользователя. Однако в реальной жизни конструкция любого спутника содержит в своем составе магнитные материалы (например,​ постоянные магниты электроприводов),​ поэтому магнитометр измеряет некое суммарное поле Земли и поле самого спутника - т.н. суперпозицию полей.
 +
 +Сравнение показаний магнитометра с расчетными значениями модели геомагнитного поля позволяют оценить ориентацию (а в некоторых случаях и положение) космического аппарата в пространстве. При проведении экспериментов с конструктором ОрбиКрафт предполагается использование магнитометра в качестве прибора как для определения ориентации,​ так и для определения положения спутника на "​орбите",​ т.е. для навигации. При этом "​геомагнитное"​ поле, измеряемое магнитометром на борту, создается специальной лабораторной оснасткой Терра и управляется от компьютера по заранее заданному и известному закону управления.
 +
 +Внутри констуктора ОрбиКрафт,​ как и на реальных аппаратах,​ показания магнитометра зависят не только от внешнего "​геомагнитного"​ поля. Другие приборы (в основном двигатели [[wheel_subsys|маховика]] и [[power_subsys|система энергопитания]]) могут вносить помехи в измерения,​ поэтому не рекомендуется установка магнитометра в непосредственной близости от этих устройств. ​
 +
 +==== 2.4.4 Датчик угловой скорости ====
 +
 +Виртуальное [[power_subsys|потребление]] - 40мА
 +
 +{{ дус.png?​direct&​200| ДУС }}
 +Датчик угловой скорости (ДУС) позволяет измерять текущие угловые скорости аппарата по трем осям. В зависимости от места установки датчика одно из этих показаний,​ а именно - скорость вращения вокруг нити - будет критически важным для управления аппаратом,​ а два других помогут оценить колебания его центра масс относительно местной вертикали,​ что также может быть использовано в управлении.
 +
 +<note tip>
 +Угловая скорость,​ определяемая датчиком,​ равняется 0.00875 градусам/​секунду на одну единицу [[libschsat|RAW (см. библиотеку функций,​ hyro_request_raw)]].
 +</​note>​
 +
 +==== 2.4.5 Солнечный датчик ====
 +
 +Виртуальное [[power_subsys|потребление]] - 45мА
 +
 +{{ сд_4.png?​direct&​200| Солнечные датчики}}
 +
 +Солнечные датчики на спутниках выполняют роль датчиков ориентации,​ определяя пространственное положение спутника относительно Солнца. Очень часто они используются для грубой ориентации панелей солнечных батарей спутника на Солнце. Следует заметить,​ что полностью определить ориентацию спутника только по показаниям солнечных датчиков невозможно - всегда останется неопределенность с углом поворота аппарата вокруг направления "​спутник-Солнце"​.
 +
 +Датчик возвращает показания с двух сенсоров осматривающих левую и правую полусферы соответственно. При засветке одного из сенсоров по уровню освещенности можно оценить угол наведения на Солнце. При засветке двух датчиков более правильным подходом будет использование отношения уровней освещенности на обоих сенсорах. ​
 +
 +Вычисление конкретных зависимостей угла от уровней освещенности называется калибровкой датчика под различные условия. Тем не менее даже без калибровки датчики подобной конструкции могут быть использованы для наведения на солнце путем анализа взаимной освещенности правой и левой полусфер датчика.
 +
 +<note tip>
 +Следует обратить внимание,​ что точность установки самих сенсоров внутри корпусов солнечных датчиков не идеальна - так оно и бывает в реальной жизни, делая каждый датчик по-своему уникальным. Это связано с неточностью изготовления корпусов относительно требуемых размеров,​ погрешностями установки плат электроники внутри корпусов,​ неидеальностью самих сенсоров (все они немного отличаются друг от друга).\\ ​
 +\\ 
 +Большинство подобных погрешностей остается неизменными в течение срока эксплуатации,​ хотя бывают и погрешности,​ сильно зависящие от внешних факторов (например,​ температуры). В нашем случае полагаем,​ что погрешности измерений каждого из датчиков неизменны во времени,​ несильно зависят от температуры,​ и это дает возможность выполнить их однократную калибровку перед началом использования.
 +</​note>​
 +
 +==== 2.4.6 Двигатель-маховик ====
 + 
 +Виртуальное [[power_subsys|потребление]] - 2000мА
 +
 +{{ ru:​маховик.png?​direct&​200| Двигатель-маховик}}
 +При движении по орбите многим спутникам требуется точная ориентация определенными гранями в нужном направлении - относительно Земли, Солнца,​ звезд или как-то иначе. Например,​ чтобы навестись [[camera_subsys|камерой ДЗЗ]] на Землю или солнечными батареями на Солнце. На малых же аппаратах для обеспечения заданной ориентации спутника в пространстве относительно центра масс чаще всего используются двигатели-маховики. ​
 +
 +Двигатель-маховик - электромеханическое устройство,​ представляющий собой электромотор с насаженным на его ось вращения колесом. Двигатель вращается,​ то ускоряясь,​ то замедляясь,​ и по закону сохранения кинетического момента,​ вращается быстрее или медленнее сам космический аппарат. Так как в условиях космоса внешние силы отсутствуют и количество движения не может изменяться,​ вращение маховика по часовой стрелке приводит к вращению всего космического аппарата против часовой стрелки. Таким образом управляя двигателем и вращением двигателя-маховика мы можем управлять движением вокруг центра масс (по сути, вращением) всего аппарата. ​
 +
 +В нашей модели свободное вращение конструктора ОрбиКрафт,​ и следовательно,​ маховика,​ возможно только вокруг одной оси - вертикальной. Поэтому на "​спутник"​ устанавливается только один маховик ориентации.
 +
 +==== 2.4.7 Камера ДЗЗ ====
 +
 +Виртуальное [[power_subsys|потребление]] - 200мА
 +
 +{{ камера.png?​direct&​200| Камера}}
 +Камера дистанционного зондирования Земли (ДЗЗ) - полезная нагрузка для съемки Земли из космоса,​ ради которой и проектируется космический аппарат в нашем случае. В реальности,​ кроме камер для съемки Земли, существует огромный спектр различных полезных нагрузок для космических аппаратов - приборов научного,​ образовательного,​ военного,​ технологического назначения. ​
 +
 +В экспериментах с конструктором,​ камера будет являться полезной нагрузкой аппарата,​ а передача качественной фотографии заданного участка "​земной"​ поверхности ​ - целевой задачей "​запуска"​. Камера имеет 10 секторов памяти для сделанных ей фотографий,​ которые заполняются с помощью функции (на языке C):
 +
 +После заполнения очередного сектора фотография остается в ней до тех пор, пока не будет перезаписана новой фотографией. Также в любой момент фотография может быть передана на Землю по высокоскоростной радиолинии. ​
 +
 +==== 2.4.8 ВЧ канал ==== 
 +
 +Система радиосвязи является одной из ключевых служебных бортовых систем. Однако,​ как и многие инженерные системы,​ она не имеет идеального решения. При проектировании каждого аппарата нужно искать баланс между скоростью передачи данных и [[power_subsys|энергопотреблением]] бортовой радиоаппаратуры,​ а также между широтой диаграммы направленности бортовой антенны и её эффективностью. Каждый новый проект спутника требует своих подходов для решения проблемы обмена данными между бортом и Землей.
 +
 +Стандартным решением является установка на спутник [[uhf_tx_subsys| аппаратуры низкоскоростной связи для передачи телеметрии]] по линии "​борт-Земля",​ а также команд управления на спутник по линии "​Земля-борт"​. Как правило,​ в этом случае ​ спутник оснащен или всенаправленной антенной,​ или системой узконаправленных бортовых антенн. Подобная система позволяет связываться с космическим аппаратом независимо от его ориентации и скорости вращения;​ она потребляет малую мощность,​ но и скорость передачи данных обеспечивает небольшую (порядка 9600 бит/​сек).
 +
 +Другой вариант - использовать на линии "​борт-Земля"​ высокочастотный скоростной передатчик с узкой диаграммой направленности антенны,​ для передачи информации полезной нагрузки на [[sim_earth|Землю]]. Скорости передачи данных подобным способом составляют десятки и сотни Мегабит в секунду. Однако подобная аппаратура потребляет большую мощность и требует точной ориентации бортовой антенны (а следовательно,​ и всего спутника) относительно Земли, чтобы попасть диаграммой направленности бортовой антенны в наземную приемную станцию.
 +
 +{{ ru:​вч_канал.png?​direct&​500 |ВЧ канал}}
 +
 +===Высокочастотный передатчик===
 +
 +Виртуальное [[power_subsys|потребление]] - 6100мА\\ ​
 +
 +Высокочастотный (ВЧ) скоростной передатчик реализован в составе конструктора как отдельный модуль,​ включающий простой светодиод,​ мигающий с заданной частотой и определенной последовательностью. В тот момент,​ когда свет от этого "​передатчика"​ попадает на высокочастотный приемник на Земле, считается,​ что канал связи установлен и можно передавать данные фотографий со спутника на Землю (в реальности - по WiFi). ​
 +
 +===Высокочастотный приемник===
 +
 +Высокочастотный (ВЧ) высокоскоростной приемник входит в состав набора конструктора и имитирует наземную станцию приема информации по высокоскоростному каналу. На этапе проведения экспериментов аналогичные приемники будут смонтированы непосредственно на поверхности Земли, т.е. на [[sim_earth|глобусе]]. Однако для предварительной отработки "​высокоскоростного радиоканала"​ следует использовать данный модуль. ​
 +
 +Данный модуль работает совместно с программным обеспечением Центра управления полетом (ЦУП). При наведении на него "​луча"​ бортового [[hf_tx_subsys|ВЧ-передатчика]] наземный ВЧ-приемник сигнализирует ЦУПу об установке канала связи. Линию связи нужно еще и удержать,​ обеспечив точную стабилизацию "​спутника"​ - только в этом случае по каналу связи можно передавать данные с полезной нагрузки спутника на "​Землю"​. При этом учитывается качество канала связи, зависящее от точности наведения бортового ВЧ-передатчика на ЦУП: оно определяет,​ будет ли передана фотография,​ и отображается в виде шкалы от 0 до 100 в правой верхней части интерфейса ПО ЦУП.
 +
 +<note tip>
 +Так как ВЧ канал служит для "​передачи"​ снимков с камеры,​ то пример кода для работы с ним можно найти в разделе [[Camera_subsys|Камера ДЗЗ]]
 +</​note>​
 +
 +==== 2.4.9 УКВ радиоканал ====
 +
 +УКВ радиоканал служит для передачи телеметрии с борта спутника на Землю. Количество телеметрической информации с аппарата,​ как правило,​ значительно ниже, чем поток данных с полезной нагрузки,​ ради которой данный спутник был запущен в космос. С другой стороны,​ при неполадках на борту и при возможной потере аппаратом ориентации данный канал связи остается доступным,​ для получения критически важной информации о состоянии бортовых служебных систем и восстановления работоспособности спутника. При этом низкоскоростной канал связи потребляет малое [[power_subsys|количество энергии]] по сравнению с [[hf_tx_subsys|ВЧ радиоканалом]].
 +
 +В составе набора конструктора ОрбиКрафт УКВ-радиоканал реализован в виде двух модулей:​ бортового модуля УКВ-передатчика и наземного модуля УКВ-приемника. Массив данных,​ передаваемых с борта на Землю, представляет из себя байтовый массив произвольной длины и состава,​ который можно передать на Землю, с указанием его длины. На Земле полученные сообщения во время сеанса связи отображаются в реальном времени в интерфейсе ПО ЦУП "​как есть",​ так что выгоднее всего передавать телеметрию в текстовом виде.
 +
 +{{ укв_канал.png?​direct&​500 | УКВ канал}}
 +
 +=== УКВ-передатчик ===
 +Виртуальное [[power_subsys|потребление]] - 210мА
 +
 +УКВ передатчик космического аппарата - чаще всего работает на частоте 145 или 436 МГц и обеспечивает небольшую скорость передачи данных,​ с всенаправленной или близкой к всенаправленной бортовой антенной. ​
 +
 +УКВ передатчик в конструкторе ОрбиКрафт имеет номер "​2"​ (указан на корпусе).
 +
 +Передача данных на Землю осуществляется с помощью функции:​ \\ 
 +
 +<code c>
 +  int32_t transceiver_send(uint16_t tx_num,​uint16_t rx_num,​const uint8_t *data,​uint16_t len); 
 +</​code>​
 +
 +=== УКВ-приемник ===
 +
 +УКВ-приемник из состава конструктора имитирует работу радиоприемной части наземной станции приема телеметрической информации по низкоскоростному каналу. Во время экспериментов со "​спутником"​ аналогичные приемники будут смонтированы непосредственно на поверхности "​Земли"​ - [[sim_earth|глобусе]]. Однако для предварительной отработки работы со спутником в комплекте также поставляется данный УКВ-приемник телеметрии. ​
 +
 +Сам приемник работает совместно с ПО ЦУП. При передаче данных телеметрии [[uhf_tx_subsys|бортовым радиоканалом]] и подключенном УКВ-приемнике в наземной сети, эти данные будут автоматически приниматься наземным радиоканалом и отображаться в текстовом поле в левой части пользовательского интерфейса ПО ЦУП.
 +
 +УКВ приемник в конструкторе ОрбиКрафт имеет номер "​1"​ (указан на корпусе).
 +
 +==== 2.4.10 Солнечная батарея ====
 +
 +{{ сб.png?​direct&​200| Солнечная батарея}}
 +
 +Солнечная батарея построена на базе стандартного датчика освещенности. Она генерирует энергию постоянно без каких-то дополнительных действий со стороны пользователя. При наведении солнечной батареей на солнце запас виртуальной энергии [[power_subsys|СЭП]] начинает пополнятся. ​
manual_03.txt · Последние изменения: 2020/04/06 18:44 — golikov

Инструменты страницы