На космодромах и в обсерваториях: как прецизионные системы контролируют ракеты и космический мусор
Дата публикации: 21.06.2016
Сотрудники кафедры электротехники и прецизионных электромеханических систем Университета ИТМО с гордостью показывают ролик с первого запуска ракеты «Союз-2.1а» с космодрома «Восточный». Повод гордиться большой – за спиной президента Владимира Путина стоит один из двух установленных на космодроме телескопов малогабаритной многопараметрической квантово-оптической системы «САЖЕНЬ», в создании которой специалисты вуза сыграли большую роль. Главный конструктор и заведующий кафедрой Валентин Томасов подробно рассказал об уникальной научно-педагогической школе «Электромеханические системы и средства управления ими» в Университете ИТМО.
Для измерения траекторий стартующих ракет в системе единого времени оптико-электронные комплексы «Сажень» ранее были установлены на космодромах «Байконур», «Плесецк», на полигонах Капустин Яр, Балхаш, а теперь они работают и на космодроме «Восточный». По заказам ОАО «Научно-производственной корпорации “Системы прецизионного приборостроения”» (НПК «СПП») сотрудники кафедры разрабатывают и изготавливают прецизионные цифровые электропривода опорно-поворотных устройств (ОПУ) различных телескопов траекторных измерений. На сегодняшний день эти телескопы выполняют свою работу предельно точно, насколько позволяют существующие технологии и элементная база. Как рассказывает главный конструктор Валентин Томасов, главная задача данных система – преобразование задаваемой траектории движения, поступающей либо от центрального компьютера, либо от телевизионных автоматов далее в углы поворота следящих осей телескопа. Таким образом, оптическая ось телескопа совмещается с линией визирования либо наблюдаемого космического объекта, либо стартующей ракеты. В свою очередь, высокая точность наведения должна обеспечиваться на различных скоростях перемещения оптической оси телескопа. Однако это не так просто. Дело в том, что вращающиеся массы в зависимости от типа и размера телескопа варьируются от нескольких десятков килограммов до нескольких десятков тонн. В таких крайне непростых по механическому устройству системах именно на цифровой следящий электропривод ложится задача компенсировать все возможные несовершенства конструкции ОПУ, исполнительных двигателей и усилителей мощности, и именно разрешение этих проблем вызывает у разработчиков наибольшую «головную боль».
Как отметил заведующий кафедрой, оптико-электронные комплексы Федерального космического агентства «Роскосмос», оснащенные прецизионными приводами, разработанными и изготовленными в Университете ИТМО, успешно эксплуатируются не только в России. Например, квантово-оптическая станция наблюдения «Сажень-ТМ» системы «Глонасс» уже два года работает на базе университета «Де Бразилиа». И уже осенью текущего года на территории одной из крупнейших обсерваторий Бразилии, Пико дос Диас, установят автоматизированный широкопольный оптико-электронный комплекс обнаружения космического мусора, необходимый для регистрации нефункционирующих спутников, обломков космических аппаратов и прочего космического мусора. Проблемой космического мусора сегодня озабочены все специалисты космической отрасли, так как порядка 100 тысяч потенциально опасных объектов размером от нескольких метров до долей сантиметра находятся в космическом пространстве, на высотах от 120 до 120 тысяч километров. Поэтому комплекс «ОЭК ОКМ», успешно прошедший государственные испытания, уже принят к серийному изготовлению. Первый образец планируют установить в Крыму уже в следующем году, а второй в Приморье в 2018 году.
Также, по словам Валентина Томасова, в этом году намечены предварительные испытания цифровых электроприводов еще на двух объектах. Так, специалисты кафедры настроят и передадут НПК «СПП» прецизионные электропривода комплекса лазерной дальнометрии искусственных спутников Земли, для национальной системы «Глонасс». Они обеспечат ей регистрацию объектов в любой точке земного шара с погрешностью до пяти сантиметров (этот проект получил шифр «Точка»). Следующий объект, для которого сотрудники кафедры будут настраивать электропривода летом этого года на заводе «Тяжмаш» в городе Сызрань, находится на Алтае. Это большой телескоп для Алтайского оптико-лазерного центра им. Германа Титова, диаметр зеркала которого составляет более трех метров, а вес азимутальной оси – более 60 тонн. После строительства в СССР большого азимутального телескопа (БТА) с диаметром зеркала в шесть метров, в России таких больших телескопов, как для Алтая, еще не строили.
«В начале следующего года специалисты кафедры поедут на Дальний Восток настраивать и сдавать НПК “ССП” – систему наведения морского оптического локатора, который сейчас устанавливается на научно-исследовательском судне “Маршал Крылов”. Этот проект выполняется в рамках опытно-конструкторской работы “Разработка средств национального технического контроля испытаний стратегического вооружения в соответствии с международными договорами”. Он необычен тем, что нам впервые предстоит сдавать заказчику систему на подвижном основании – морском судне. В этом проекте системы прецизионных электроприводов должны учитывать не только сигналы задания, содержащие координаты наблюдаемого космического аппарата, но и внешние возмущения в виде качки корабля», – добавил Валентин Томасов.
Сохраняя школу отечественного прецизионного приборостроения
«Наша кафедра традиционно привлекает к работе научно-производственного подразделения молодых талантливых выпускников кафедры, а также наших студентов и аспирантов. В крупных проектах ответственными исполнителями работ уже стали наши лучшие выпускники – Иван Жданов, Дмитрий Лукичев, Павел Борисов, Алексей Егоров и Никита Смирнов», – отмечает Валентин Томасов.
Как рассказывает главный конструктор, разработка любой новой системы начинается с выбора оптимальных структур ее энерго- и информационной подсистем, их предварительного расчета и математического моделирования. Работы по выбору структур и предварительному математическому моделированию сложных систем проходят под руководством профессора Валентина Дроздова, доцентов Валерия Толмачева, Александра Усольцева и Сергея Ловлина при непосредственном участии ответственных исполнителей проектов. Здесь же активно трудятся магистры и аспиранты Университета ИТМО, осваивая новую электронную базу, программно-математическое обеспечение и современные технологии мониторинга и наладки этих сложных систем. Именно так и называется новый курс лекций для магистров кафедры, который составил и уже читает Сергей Ловлин. По словам Валентина Томасова, Сергей начал работать на кафедре с третьего курса, и сейчас трудно представить себе проектирование новых систем и их наладку в сложных заводских и полигонных условиях без этого молодого специалиста. Продолжают эту традицию и другие студенты и аспиранты кафедры.
Высокий профессионализм, быстрое освоение всего самого нового, как в элементной базе, так и в программно-математическом обеспечении, играет огромную роль не только в проектировании, но и в сдаче в эксплуатацию уникальных систем прецизионного наведения, утверждает Валентин Томасов. Это необходимо и в условиях завода-изготовителя опорно-поворотных устройств, и в тяжелых условиях космодромов и полигонов. Все вышеперечисленное предопределило создание своей оригинальной технологии оперативного мониторинга и отладки таких сложных систем с использованием современных информационных технологий. Причем, что очень важно, технология при выполнении определенных условий может быть реализована дистанционно – без обязательного присутствия специалиста кафедры на объекте. Как отмечает Валентин Томасов, основой для работы нынешних инженеров кафедры стал упорный труд ее коллектива в 80-е и 90-е гг. Именно тогда были заложены теоретическая и практическая базы отечественной прецизионной электромеханики. По словам заведующего кафедры, среди первых специалистов университета, осваивавших эту тематику и создававших первую отечественную систему наведения, необходимо отметить Вячеслава Синицына.
«Эти работы на сегодняшний день трудно представить без заместителей главного конструктора Константина Денисова, Алексея Гурьянова, а также главного технолога Игоря Шендрикова. Они работали над созданием нашей первой системы, а сегодня активно участвуют в проектировании, разработке, изготовлении и наладке новых, не имеющих аналогов изделий отечественного прецизионного приборостроения. Благодаря этим людям и всему коллективу нашей кафедры в Университете ИТМО сохранена и успешно развивается научно-педагогическая школа “Электромеханические системы и средства управления ими”, основанная еще во второй половине прошлого столетия известными в России и за рубежом профессорами нашего университета – Татьяной Анатольевной Глазенко и Юрием Алексеевичем Сабининым», – заключил Валентин Томасов.
Редакция новостного портала Университета ИТМО