Введение к работе
Актуальность темы.
В комплексе задач, от решения которых зависит реализация программы увеличения срока активного существования космических аппаратов до 10-12 лет и повышения надежности их функционирования, одной из важнейших задач является исследование электромагнитной обстановки на борту КА, так как процессы деградации активных поверхностей солнечных батарей и надежность работы электронных систем аппарата во многом определяются процессами электризация и сопутствующими ей электростатическими разрядами по поверхности аппарата и в окружающее пространство. Результат воздействия генерируемых при этом импульсных электромагнитных помех (ЭШ) может привести к самым различным последствиям: искажению передаваемой на наземный пункт информации, ложному срабатыванию бортовых механизмов, выходу аз строя узлов радиоэлектронной аппаратуры и т.д.
Так как современный КА содержит в своем составе десятки и даже сотни следящих систем автоматического управления, приемопередающую аппаратуру и устройства вычислительной техники, проблема разработки методов и средств для измерения параметров помех, исследования путей ах проникновения а воздействия на узлы радиоэлектронной аппаратуры и разработки методов и средств защиты аппаратуры от помех является очень важной и актуальной.
ЯСления, связанные о накоплением статического электричества на объектах сложной формы с неоднородными металдо-диэлектричес-кими покрытиями, порождают ряд научно-технических задач метрологического и методологического плана, которые в настоящее время нельзя считать решенными достаточно полно. Неравномерное на-
-к-
кояленае заряда отдельными частями космического аппарата вызывает явления электрического разряда в самых различных его формах. Эти явления происходят в довольно слоеных условиях, которые связаны с электризационными процессами, происходящими в окружающей КА среде.
Технические проблемы, возникающие при создании аппаратуры для исследования процессов электризации и сопутствующих ей импульсных электромагнитных процессов на борту КА, ари помощи которой необходимо проводить измерения параметров однократных импульсных сигналов наносекуядного диапазона, а также автоматических систем управления состоянием зарядовой обстановки на борту космического аппарата, являются сложными и трудноразрешимыми и поэтому, возможно, они являются одной из причин отсутствия до настоящего времени исследовательской аппаратуры, обеспечивающей параллельную обработку информации, поступающую одновременно от нескольких датчиков помех.
Цель работы заключается в разработке методов и технических средств для создания информационно-измерительной сиотеш, предназначенной для измерения параметров электромагнитной и электростатической обстановки и управления электризационными процессами на борту КА, ее инженерного проектирования и принципов реализации.
Для достижения поставленной цели в работе решены следующие задачи:
проведен анализ состояния проблемы сбора и обработки информации об электризационных процессах на борту КА, уточнены амплитудно-частотные характеристики импульсных электромагнитных помех от электростатических разрядов;
предложен способ определения спектральных характеристик
однократных импульсных электромагнитных помех;
разработан измеритель параметров однократных импульсных помех от электростатических разрядов;
разработан способ определения статистических характеристик для нормального стационарного и нестационарного случайных процессов по порядковым статистикам экстремумов, позволяющий упростить алгоритм вычисления среднего и среднеквадратического отклонения случайного процесса. На базе этого способа разработан измеритель, обеспечивающий более высокую скорость определения статистических характеристик случайного процесса;
разработаны датчики излученных и наведенных импульсных электромагнитных помех и устройство сопряжения с системой сбора и цифровой обработки результатов измерений;
с использованием результатов, изложенных в работе, разработан, изготовлен и выведен на околоземную круговую орбиту в составе КА "Космос-2123" комплекс научной аппаратуры "Тест", проведено исследование процессов электризации и сопутствующих ей электростатических разрядных процессов на борту КА в натурных условиях.
Методы исследований. Проводимые в диссертации исследования базируются на основе анализа опыта разработок и результатов экспериментов в завершенных проектах космических исследований, в работе также использованы аппарат теории измерений, теории вероятностей и математической статистики.
Научная новизна. Разработаны принципы построения и способы практической реализации системысбора и обработки информации для изучения явления электризации космических аппаратов и сопутствующих ей электростатических разрядных процессов. Новые научные ре-
~6 -
зультаты,полученные автором в диссертации,состоят в следующем:
предложен способ определения статистических характеристик для нормального стационарного и нестационарного случайных процессов по порядковым статистикам зкстредіумов, позволяющий упростить алгоритм вычисления среднего и среднеквадратического отклонения случайного процесса. Новизна предложенного способа подтверждается положительным решением НМГОЭ о выдаче патента на устройство определения статистических характеристик случайного процесса по порядковым статистикам экстремумов;
проведено исследование плотностей распределения порядковых статистик экстремумов нормального случайного процесса;
установлены взаимные соотношения между количеством отсчетов выборки случайного процесса,номером порядковой статистики экстремума и числовым значением уточненного параметра,входящего в уравнение для вычисления среднеквадратического отклонения случайного процесса;
предложена математическая модель описания импульсной электромагнитной помехи, генерируемой в результате электростатического разряда, позволяющая упростить аппаратурную реализацию измерителя параметров импульсной электромагнитной помехи;
предложен способ определения параметров однократных импульсных помех от электростатических разрядов, основанный на измерении амплитудно-временных параметров помехи.
Практическая ценность работы заключается в следующем.
I. Разработанные в диссертации методы и средства обладают более высокими показателями по сравнению с известными, впервые в отечественной практике была создана информационно-измерительная система, предназначенная для сбора и обработки информации с датчиков в широком диапазоне спектра частот сигналов, в том числе и для однократных, редколовторяю-
~7 -
щихся импульсных сигналов наносекундного дизпазона.
-
Разработаны математические модели а алгоритмы, позволяющие с достаточной для практического применения достоверностью и точностью осуществлять измерение электрических параметров процессов электризации а сопутствующих ей импульсных электромагнитных процессов, а также определения их статистических характеристик.
-
Найдены и предложены схемные и конструктивные решения основных узлов информационно-измерительной системы, позволяющие повысить быстродействие и снизить энергопотребление при измерена: параметров импульсных разрядных процессов.
-
На основе полученных в работе результатов разработан, изготовлен и выведен на околоземную круговую орбиту в составе КА "Космос-2123" комплекс научной аппаратуры "Тест", проведено исследование процессов электризации и сопутствующих ей электростатических разрядных процессов на борту КА в натурных условиях на низких круговых орбитах (Н^ 1000 км).
-
Внедрение в промышленную эксплуатацию информационно-измерительной системы, отличающейся высоким быстродействием, возможностью параллельного сбора и обработки информации, позволило определить электрические параметры, пути проникновения и распространения электромагнитных импульсных помех, а на основе этого, разработать меры и средства защиты электронной аппаратуры
КА от их воздействия.
Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались а обсуждались на двух конференциях: 1989 г. -- г.Омск, 1989 г. - г.Харьков.
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 7 печатных работ, в том чиола 3 авторских свидетельства и I положи-
-g~
тельное решение о.выдаче патента.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав и заключения, содержание которых излокено на Іббстра-ницах машинописного текста, включая 53 рисунка и II таблиц, списка литературы из 70 наименований и приложения на II страницах.
