2.6. Развитие исследовательской, конструкторской,
опытно-экспериментальной базы научного космического приборостроения и методов
экспериментальной физики
Тема ИСПЫТАТЕЛЬ Развитие исследовательской, конструкторской, опытно-экспериментальной
базы научного космического приборостроения.
Гос. регистрация № 01.20.0307397
Научный руководитель Родин В.Г. 333-44-12, rodinmir@iki.rssi.ru
В 2008г. были
выполнены следующие работы:
‑ Модернизация
двух компьютерных рабочих станций для
трехмерного проектирования;
‑ Программное
обеспечение Autodesk Inventor
Series 9 SLM, русский +MechaniCS
4.5
‑
Программное обеспечение Autodesk Subscription
Program (подписка на обновления Autodesk
Inventor Series
Тема ВЕКТОР. Разработка перспективных бортовых систем и приборов,
программно-аппаратных средств, создание
КА малой размерности для проведения космических исследований, реализации
прикладных и образовательных программ.
Гос. регистрация №01.20.03
03422
Научный
руководитель Родин В.Г.
Создание
действующего образца СВЧ части скаттерометра мм
диапазона
Скаттерометры ММ диапазона длин волн являются многофункциональными
устройствами, позволяющими решать различные задачи исследования окружающей
среды, радиолокации. Важной областью применения скаттерометров
являются системы радиовидения, позволяющие получать
изображения объектов в радиодиапазоне. Для исследования систем радиовидения, созданных на базе скаттерометров
мм диапазона длин волн был в 2008 году в рамках темы «Вектор» был создан демонстрационный
стенд - имитатор системы радиовидения.
В демонстрационный стенд – имитатор систем радиовидения (ИСР) входят следующие основные системы:
·
СВЧ
часть, включающая линейку приемников с микрополосковыми
печатными антеннами и передатчик с рупорной антенной.
·
Систему
обработки сигналов, состоящую из многоканального АЦП, обрабатывающего
компьютера и алгоритмов синтезирования антенной
апертуры.
·
Устройства
перемещение приема – передающего модуля (ППМ) или цели, позволяющее с
необходимой точностью передвигать по двум координатам (по вертикали и по
горизонтали) ППМ или цель.
Блок-схема СВЧ части системы радиовидения
представлена ниже на Рис.1.
Рис.1. Блок схема СВЧ части системы радиовидения.
СВЧ
часть системы радиовидения состоит из трех основных функциональных блоков:
·
Задающий
генератор (ЗГ), вырабатывающий сигнал в диапазоне 16-19 ГГц с линейной
частотной модуляцией. ЗГ имеет два коаксиальных выхода с мощностью по 12 дБм каждый. Зависимость частоты задающего генератора от
величины управляющего напряжения представлена на Рис.2.
Рис.2. Зависимость
частоты задающего генератора от величины управляющего напряжения.
·
Блок
передатчика на микросхеме AMMC-5040. В блоке передатчика входной сигнал
удваивается по частоте и усиливается до уровня 17 дБм.
На выходе передатчика устанавливается ребристая рупорная антенна.
·
Линейка
приемников, состоящая из 4 элементов. Каждый элемента состоит из печатной
антенны, I/Q смесителя на микросхеме НМС555 и удвоителя – усилителя на
микросхеме НМС579. Сигналы промежуточной частоты по выходам I и Q усиливаются
усилителем промежуточной частоты, выполненном на
микросхеме AD8529. После усиления сигналы промежуточной частоты подаются на
8-ми канальный АЦП.
·
На входе
каждого приемного элемента устанавливается печатная антенна. Расстояние между
антеннами выбирается 6-
·
Система
содержит также вторичные источники питания, которые не показаны на Рис.1.
В состав демонстрационного стенда –
имитатора входит также двухкоординатная система
позиционирования ППМ, которая позволяет производить перемещение ППМ по
горизонтали и по вертикали. Точность позиционирования ППМ по обеим координатам
не хуже ±0,05 мм. Диапазон перемещения ППМ по горизонтали до 400 мм, по
вертикали до 350 мм. В качестве системы позиционирования применяется фрезерный
станок.
Система сбора и предварительной
обработки информации выполняется на изделиях фирмы “National Instruments”. Фотография управляющего компьютера сбора и
предварительной обработки информации представлена на Рис.3.
Рис.3. Система сбора
и предварительной обработки информации.
В систему сбора и предварительной обработки
информации входит управляющий компьютер NI PXI-1033, генератор пилы NI PXI-5406, 8-ми канальный АЦП NI PXI-5105.
Генератор пилы формирует напряжение
необходимое для управления частотой задающего генератора. Форма пилы
обеспечивает максимальную линейность частотной перестройки задающего генератора.
8-ми канальный АЦП позволяет производить параллельную оцифровку 8-ми каналов с
максимальной тактовой частотой 60 МГц.
Управляющий компьютер имеет операционную
систему Windows XP. Управляющий компьютер
осуществляет управления генератором пилы и АЦП. Используется программное обеспечение NI LabVIEW Full Development System for Windows
Создание действующего образца приемника цифровой
телеметрической информации.
Цель этапа.
Целью этапа было разработка принципов и
основных технических решений по созданию действующих образцов приемника и
передатчика цифровой информации в перспективном
диапазона 57-63 ГГц. Основным назначением создаваемой аппаратуры является
скрытный прием и передача научной и телеметрической информации между
космическими аппаратами, а также для создания скрытных наземных каналов связи
Системы
цифровой связи в коротковолновой части ММ диапазона длин волн
В настоящее время проводится интенсивная
работа по созданию систем связи в коротковолновой части мм
диапазона длин волн. Основные усилия направлены на создание систем в диапазоне V (центральная частота 60 ГГц) и в диапазоне Е
(центральная частота 74 ГГц). Ведущим производителем полупроводниковых приборов
для этих проектов является фирма Velocium, USA,
(ранее TRW). Диапазон 60 ГГц
лежит в центре полосы поглощения в атмосфере (величина поглощения около 15
дБ/км), обусловленной вращательными переходами молекулярного кислорода. Ввиду
большой оптической толщи атмосферы (более 100 дБ) канал связи в данном
диапазоне является защищенным от перехвата с летящего аппарата, если линия
связи расположена на земле, и с Земли при проведении связи между космическими
аппаратами. В настоящее время создана необходимая элементная база, позволяющая
создавать приемо-передающие модули (ППМ), примером возможной реализации
которого может быть блок-схема, представленная ниже.
Блок-схема ППМ-60 GHz, характеристики и список применяемых полупроводниковых приборов
Характеристики
1. Диапазон частот RX, TX
– 57-64 GHz
2.
Коэффициент
шума приемника – 4 dB
3.
Выходная мощность TX – 19 dBm.
4. Стабильность частоты не хуже 1 ppm/градус при
применении опорного генератора, стабилизированного объемным резонатором, и
определяется кварцевым генератором при использовании синтезатора частоты в
качестве опорного.
5. Фазовый шум ЗГ не хуже -100 dBc/Hz @ 10 kHz
6. Потребляемая мощность – около 3 Вт
Список
применяемых полупроводниковых приборов
- ЗГ – Задающий Генератор может быть
выполняется на транзисторах: 3П608-А5 (РФ), NE321000 (NEC),.AFM04P3-000 (Alpha), стабилизирован резонатором из инвара.
- БУ – Буферный Усилитель Мощности (частота 30 ГГц) может быть
выполнен на микросхемах: ALH140C
(Velocium), ALH244C (Velocium), CHA3093 (UMS), HMMC5040 (AGILENT), AA038P2-00 (Alpha) и др.
- М – субгармонический смеситель с фазовым подавлением зеркального
канала: MDB218
(VELOCIUM).
- 900 мост - QBA-12
(Mini-Circuits)
- МШУ - ALH382-0 (VELOCIUM)
- Х2+УМ удвоитель-усилитель, XDH159 (VELOCIUM)
- ВУМ – выходной усилитель мощности, может быть выполнен на IC ABH209 (Velocium).
- ПУПЧ, ВИП, ЗГ – "ИКИ"
На основе имеющейся базы экспериментальных данных в 2008 году была продолжена разработка аналитических формул и графических зависимостей от энергии для характеристик заряженных частиц (тормозная способность, длина свободного пробега), требующихся при моделировании ион-электронной эмиссии (в частности, энергетических спектров ион-электронной эмиссии, порождаемой прохождением быстрых частиц через вещество) из тонких пленок бинарных токовых ячеек эмиттера вторично-эмиссионного радиоизотопного источника тока включая ее зависимость от величины поверхностного потенциального барьера для эмиттируемых электронов. Данные исследования представляют интерес для разработки технического задания на изготовление демонстрационного образца батареи, создания ориентированной базы данных по характеристиками взаимодействий альфа-частиц и сверхтепловых электронов с материалами пленок эмиттера (включая тормозные способности сред, пробеги частиц, аналитические аппроксимации данных), а также для выработки рекомендаций по оптимизации рабочих характеристик эмиттера батареи и развитию технологии его изготовления для создания опытного образца с электрической мощностью порядка микроватт. Результаты исследований представлены в 2-х публикациях и доложены на конференциях.
Балебанов В.М., Ерохин Н.С. Оптимизация
радиоизотопного вторично-эмиссионного источ-ника тока нового типа. Всероссийская конференция -
Научная сессия ²МИФИ-2008²,
сборник научных трудов, М.:, МИФИ, т.1,
с.109-111, 2008.
Балебанов В.М., Ерохин Н.С. Радиоизотопная батарея нового типа для космических
прило-жений. Proceedings of Third International
Conference ²Space, Ecology,
Nanotechnology, Safety (SENS 2007)², Space Research
Institute and Bulgarian Astronautical Society,
Bulgarian Academy of Sciences, IKI BAS, Sofia, pp.21-26, 2008.
Михайловская Л.А., к.ф.м.н., тел.8-495-333-41-00,
nerokhin@mx.iki.rssi.ru
Ерохин Н.С., д.ф.м.н., тел.8-495-333-41-00, nerokhin@mx.iki.rssi.ru
‑ Разработана и изготовлена
контрольная аппаратура прибора ССНИ-2 комплекса ПЛАЗМА-Ф для проекта
СПЕКТР-Р;
‑ Разработан и изготовлен
технологический образец прибора ССНИ-2 комплекса ПЛАЗМА-Ф для проекта
СПЕКТР-Р;
‑ Изготовлены лабораторные образцы научной аппаратуры микроспутника «Чибис» для исследований атмосферных грозовых разрядов;
‑ Проведено испытание НГММЭ МС «Чибис». Разработана РКД, изготовление
ШО МС «Чибис» для исследований атмосферных грозовых
разрядов;
‑ Изготовлен лабораторный
макет прибора ДПК-ИПИ (Диагностический плазменный комплекс для
измерения параметров окружающей атмосферы на РС МКС);
‑ Изготовлена контрольно-испытательная аппаратура ДПК-ИПИ;
‑
Разработаны принципы и
технические решения для создания марсианской
мини-станции;
‑ Разработаны принципы и технические решения для создания
универсальной платформы малых космических аппаратов.