Проектирование малого космического аппарата с радиолокационной съемочной аппаратурой на базе микроплатформы CubeSat формата 12U

Full Text

Обоснование. Дистанционное зондирование Земли (ДЗЗ) является важной задачей в современном мире, так как оно позволяет получать информацию о состоянии окружающей среды. Радиолокационные средства наблюдения не зависят от погодных условий и времени суток. Это позволяет использовать радиолокационные космические аппараты для наблюдения за поверхностью Земли и в ночное время, и в условиях плотной облачности, характерной для таких регионов, как Русская Арктика и Дальний Восток, радиолокационные данные ДЗЗ могут представлять значительный интерес.

Использование стандарта CubeSat позволяет сократить сроки и снизить стоимость разработки малых космических аппаратов (МКА), за счет использования типовых элементов конструкции и компонентов бортовой аппаратуры (БА).

В связи с этим задача проектирования МКА с радиолокационной съемочной аппаратурой (РСА) на базе микроплатформы CubeSat формата ١٢U является актуальной.

Цель — разработка проектного облика малого космического аппарата с радиолокационной съемочной аппаратурой на базе микроплатформы CubeSat формата 12U.

Методы. В качестве целевой аппаратуры МКА рассмотрен РСА с планарной антенной решеткой. Приведена упрощенная иллюстрация параметров геометрии КА с РСА апертурой бокового обзора (рис. 1, а), а также график зависимости полосы захвата при маршрутном режиме съемки от угла визирования (рис. 1, б).

 

Рис. 1. Геометрия МКА с РСА с основными параметрами (а) и график зависимости полосы захвата при маршрутном режиме съемки от угла визирования (б)

 

По формуле (1) определяется разрешение по азимуту и по дальности для детального и маршрутного режимов съемки [1]:

${\delta }_{азумут}=\frac{\lambda }{4\sin \left(\frac{\theta }{2}\cdot \frac{\pi }{180}\right)},$ (1)

где θ — для детального режима съемки сектор сканирования антенны, а для маршрутного режима съемки ширина луча по азимутальной плоскости, град.

По формуле (2) определяется отношение сигнал/шум на выходе приемной части:

$SN{R}_{скан}=\left(P_{ср}+10\log \left(\frac{\sqrt{H_{ка}^2+R_{пр}^2}\cdot 2\sin \left(\frac{\theta }{2}\cdot \frac{\pi }{180}\right)}{V_0}\right)\right)-\left(\left|10\log \left(\frac{G^2{\lambda }^2{\sigma }_{скан}}{{\left(4\pi \right)}^3{R}_{н}^4}\right)\right|-174+K_{ш}\right),$ (2)

где G — коэффициент усиления антенны; σ_скан — потери на распространение радиоволн в пространстве.

Рассчитанные значения для разных режимов съемки представлены в табл. 1.

 

Таблица 1. Рассчитанные значения для детального и маршрутного режимов съемки

Характеристика	Детальный режим	Маршрутный режим
Длина антенны, м	1
Ширина антенны, м	0,4
Площадь АФАР, м2	0,4
Наклонная дальность, м	7,071 · 105	7,071 · 105
Размер апертуры, м	1,846 · 105	2,192 · 104
Время синтеза, с	24,291	2,884
Разрешение по азимуту/дальности, м	0,059	0,5
Потери на распространение радиоволн в пространстве, дБ	–232,022	–215,779
Выигрыш когерентного накопления, дБ	13,854	4,601
Отношение сигнал/шум на выходе приемной части, дБ	0,863	5,726
Некогерентное усреднение, дБ	8,5	12,716

Из соображений минимизации габаритов и массы МКА было принято решение использовать платформу CubeSat 12U как минимально удовлетворяющую требованиям размещения рассчитанного радара и системы электропитания.

По выполненным расчетам в программе твердотельного моделирования была спроектирована РСА, проведен подбор элементов системы управления движением, командно-телеметрической радиолинии и СЭП, и создан проектный облик МКА с РСА (рис. ٢) [٢].

 

Рис. 2. Проектный облик МКА с РСА

 

Результаты. В ходе выполнения работы были получены следующие результаты:

• проведен анализ существующих КА ДЗЗ с РСА;
• сформированы требования и постановка задачи проектирования;
• проведен расчет целевых характеристик МКА с РСА;
• определен бортовой состав и основные параметры приборов обеспечивающих систем;
• выполнен расчет параметров СЭП, построена циклограмма работы МКА;
• разработана конструктивно-компоновочная схема МКА с РСА;
• построена трехмерная модель проектного облика МКА.

Выводы. В работе представлена разработка проекта МКА с РСА. За счет особенности радиолокатора обеспечивать всепогодное наблюдение становится возможным получать данные о той части земной поверхности, которую большую часть времени скрывает плотный облачный покров. К таким областям можно отнести большую часть территорий Российской Федерации, в том числе такие регионы, как Арктика и Дальний Восток, получаемые радиолокационные данные ДЗЗ могут представлять значительный интерес.

About the authors

Институт авиационной и ракетно-космической техники; Самарский национальный исследовательский университет имени академика С.П. Королева

Author for correspondence.
Email: olya-zhaldybina@mail.ru

студентка, группа 1608-240501D

Russian Federation, Самара; Самара

References

Supplementary files