Учебное пособие. — Самара: Самарский государственный аэрокосмический университет, 2012. — 285 с.Обсуждаются методические вопросы исследования эффективности ракетно-космической техники. Рассматриваются вопросы моделирования целевого функционирования высокопроизводительных космических аппаратов детального оперативного наблюдения. Разрабатываются модели и алгоритмы для оценки основных показателей эффективности: разрешающей способности на местности при съёмке, периодичности наблюдения заданных объектов, оперативности доставки видеоинформации на Землю и производительности космической системы наблюдения.
Учебное пособие предназначено студентам, изучающим в десятом семестре дисциплину «Методы исследования эффективности ракетно-космической техники» по направлению подготовки (специальности) 160400 «Проектирование, производство и эксплуатация ракет и ракетно-космических комплексов» (квалификация (степень) "специалист"), специализация 160400.1.65 «Ракетные транспортные системы». Может быть полезно студентам по направлению подготовки 160400 Ракетные комплексы и космонавтика (квалификация (степень) «магистр»), а также молодым специалистам ракетно-космической отрасли.Содержание
Введение
Задачи зондирования поверхности земли и структура космической системы наблюдения
Задачи зондирования поверхности земли
Структура космической системы и аппарата наблюдения
Характеристики космической системы наблюдения
Тактико-технические требования к космической системе наблюдения
Экономические характеристики
Потребность в космических снимках
Стоимость материалов космических съемок
Стоимость космических систем и аппаратов наблюдения
Целевые характеристики космической системы наблюдения
Обзорность космической системы наблюдения
Спектральные диапазоны наблюдения
Показатели детальности
Размеры ширины захвата кадра и масштаб снимка
Точность привязки снимка к геодезическим координатам
Характеристики старения информации
Показатели периодичности наблюдения объектов
Показатели оперативности получения видеоинформации
Показатели производительности космического аппарата наблюдения
Точность ориентации оптической оси аппаратуры наблюдения на снимаемый объект
Срок активного существования
Аппаратура наблюдения и передачи видеоинформации космических аппаратов наблюдения
Оптические системы наблюдения
Оптические схемы аппаратуры наблюдения
Характеристики оптической системы
Фотоприемные устройства
Схемы съемки объектов наблюдения
Принцип работы приборов с зарядовой связью
Режим временной задержки и накопления заряда
Конструктивное исполнение линеек ПЗС с использованием режима временной задержки и накопления заряда
Спектральные каналы аппаратуры наблюдения
Основные проектные характеристики фотоприемной аппаратуры
Особенности функционирования фотоприемной аппаратуры инфракрасного диапазона наблюдения
Конструктивные схемы и основные проектные характеристики оптико-электронных телескопических комплексов
Особенности конструкции крупногабаритных телескопов космического базирования
Бортовая аппаратура высокоскоростной радиолинии для передачи видеоинформации на Землю
Принцип работы, приборный состав и основные характеристики аппаратуры высокоскоростной радиолинии
Антенные устройства высокоскоростной радиолинии
Обеспечивающие бортовые системы космических аппаратов наблюдения
Система электропитания
Электрическая схема системы электропитания
Солнечные батареи
Основные проектные характеристики солнечных батарей
Аккумуляторные батареи
Комплекс автоматики и стабилизации
Система обеспечения теплового режима
Физика лучистого теплообмена
Тепловой баланс космического аппарата
Пассивные средства системы обеспечения теплового режима
Активные средства системы обеспечения теплового режима
Системы терморегулирования с тепловыми трубами
Характеристики системы терморегулирования и схемы установки внешних элементов
Комплексная двигательная установка
Пневмогидравлическая схема комплексной двигательной установки
Конструкция комплексной двигательной установки
Размещение комплексной двигательной установки на космическом аппарате
Основные характеристики комплексной двигательной установки
Бортовой комплекс управления
Бортовая цифровая вычислительная система
Бортовое синхронизирующее координатно-временное устройство
Система трансляции команд и распределения питания
Командно-измерительная система
Система телеметрических измерений
Система спутниковой навигации
Система управления движением
Компоновочные схемы космических аппаратов детального и оперативного наблюдения
Методические вопросы моделирования операций в космических системах наблюдения
Качество и эффективность космических систем наблюдения
Схемы операций
Моделирование операций
Достоверность результатов, полученных с использованием разработанных моделей
Основные проектные параметры космических систем и аппаратов наблюдения
Основные ограничения и допущения
Состав моделей для исследования целевых показателей эффективности космических систем наблюдения
Моделирование движения космических аппаратов детального и оперативного наблюдения
Космическая система с несколькими космическими аппаратами наблюдения
Параметры орбит космических аппаратов наблюдения
Солнечно-синхронные орбиты
Трассы полета, зоны обзора и полосы захвата космических аппаратов наблюдения
Схемы заполнения межвиткового интервала витками различных суток при обзоре земной поверхности
Типы съемок
Съемка объектов небольших размеров
Съемка протяженного объекта
Съемка большой площади на разных витках полета
Съемка площадки на одном витке полета
Мозаичная съемка
Модели и алгоритмы для организации имитационного моделирования полета и функционирования космического аппарата
Математические модели и алгоритмы для анализа показателей детальности
Зависимость между разрешающей способностью аппаратуры наблюдения и детальностью
Модели для оценки размера ширины зоны захвата сканируемого объекта
Модели для оценки показателей детальности с учетом отклонения оптической оси от надира
Модели для оценки показателей детальности с учетом кривизны поверхности Земли
Модели для оценки детальности, учитывающие влияние отдельных звеньев сквозного тракта формирования изображения
Модели и алгоритмы для оценки показателей периодичности
Модель для оценки факта попадания объекта наблюдения в зону обзора космического аппарата
Связь между углом поворота оптической оси аппаратуры зондирования КА и центральным земным углом зоны возможного наблюдения
Условие попадания объекта наблюдения в зону обзора космического аппарата с учетом координат объекта наблюдения и трассы спутника
Модели для построения области зоны обзора космического аппарата наблюдения в плоской системе координат
Проверка адекватности моделей для оценки факта попадания объекта наблюдения в зону обзора космического аппарата
Алгоритмы моделирования целевого функционирования космического аппарата для оценки периодичности наблюдения заданного объекта
Алгоритм имитационной модели для оценки функции распределения периодичности наблюдения неподвижного объекта с заданными координатами
Алгоритм имитационного моделирования для оценки периодичности наблюдения подвижного объекта
Алгоритм имитационной модели для оценки периодичности наблюдения объекта в зависимости от широты расположения объекта
Алгоритм имитационного моделирования для оценки времени подлета космического аппарата к объекту наблюдения с учетом случайных факторов
Математические модели и алгоритмы для оценки показателей производительности
Математические модели и алгоритмы для оценки производительности космического аппарата наблюдения на основе теории массового обслуживания
Исходные данные по потенциальным объектам наблюдения
Модель для оценки статистических характеристик входящего потока объектов съемки
Модель для оценки математического ожидания в формуле Пуассона
Оценка производительности космического аппарата по среднему времени перенацеливания
Математические модели и алгоритмы для оценки производительности космического аппарата наблюдения на основе имитационного моделирования
Имитационное моделирование входящего потока объектов съемки
Алгоритм моделирования производительности космического аппарата наблюдения
Математические модели и алгоритмы для оценки производительности космического аппарата на основе базы данных по координатам объектов наблюдения
Задание координат объектов наблюдения
Выделение объектов наблюдения, попадающих в полосу обзора космического аппарата
Пути совершенствования моделей и алгоритмов для оценки производительности космического аппарата наблюдения
Математические модели и алгоритмы для оценки показателей оперативности
Модели для оценки факта попадания космического аппарата в зону радиовидимости наземного пункта приема информации для круговых орбит
Модели для оценки факта попадания космического аппарата в зону радиовидимости наземного пункта приема информации по линии горизонта
Модели для оценки факта вхождения космического аппарата в зону радиовидимости наземного пункта приема информации выше линии горизонта
Построение зоны радиовидимости космического аппарата с наземного пункта приема информации в плоской системе координат
Алгоритм вычисления координат границы зоны радиовидимости космического аппарата с наземного пункта приема информации
Определение вспомогательного угла между направлениями «космический аппарат-надир» и «космический аппарат - граница зоны радиовидимости»
Алгоритмы для оценки показателей оперативности
Алгоритм для оценки показателей оперативности при заданных координатах объекта наблюдения
Алгоритмы для оценки показателей оперативности при случайных координатах объекта наблюдения и случайном начальном времени выдачи команды на съемку цели
Модели для оценки факта вхождения космического аппарата в зону радиовидимости наземного пункта приема информации для эллиптических орбит
Учет продолжительности передачи видеоинформации при оценке показателей оперативности
Модели и алгоритмы для оценки условий съемки
Аналитические модели и алгоритм для оценки угла Солнца над местным горизонтом
Алгоритмы для оценки угла Солнца над местным горизонтом на основе моделей и алгоритмов для оценки ориентации панелей солнечных батарей
Модели и алгоритмы для расчета координат границы тени
Модели и алгоритм расчета координат границы тени на основе использования процедуры оценки факта захвата объекта наблюдения аппаратурой зондирования
Модели и алгоритм для оценки координат границы тени на основе использования процедур расчета трасс космического аппарата
Алгоритм для имитации характеристик облачности над районами наблюдения
Реализация программного обеспечения для анализа целевых показателей эффективности космической системы наблюдения
Описание программы
Руководство оператора
Заключение
Список использованных источников
