2.4 Прибор ориентации на Землю

ПОЗ предназначен для ориентации КА на орбите относительно местной вертикали, работает в инфракрасном диапазоне длин волн (диапазон излучения Земли ).

Основной принцип работы - измерение углов между связанной системой координат (ССК) КА и направлениями на край диска планеты в различных точках горизонта.

Принципы построения и состав ПОЗ определяется, в основном, методом индикации горизонта (линейное или круговое сканирование горизонта, по отражённой солнечной радиации, сравнение освещённости).

Метод линейного сканирования базируется на перемещение мгновенного поля зрения оптической системы в 2-х взаимно перпендикулярных плоскостях. Фиксация линии горизонта происходит по изменению сигнала в фотоприёмном устройстве (ФПУ). Если известно положение оптической оси в ССК, то известно и положение плоскости, в которой находится вертикаль в ССК. Аналогично определяется положение второй плоскости. Пересечение плоскостей – местная вертикаль. Точность определяется точностью определения границы между поверхностью и пространством.

Метод кругового сканирования заключается в следующем. Прибор включает две сканирующие системы (с узким лучом). Системы одновременно осуществляют круговые сканирования пространства во взаимно перпендикулярных плоскостях с постоянной угловой скоростью (см. рисунок). Корпус КА и плоскости имеют «жесткую» связь. Пересечение плоскости есть положение оси измерения.

Состав ПОЗ с круговым сканером.

-объектив;

-ФПУ;

-усилитель каналов с формирователем импульсов;

-электронный блок с опорной частотой;

-устройство сравнения.

ПОЗ с нелинейным сканированием. Использует один приемник излучения. В процессе сканирования траектория получается в виде развертки линии горизонта (синусоиды, гипоциклоиды, лепесткового типа и др.). Выбираемые в момент сканирования сигналы, характеризуют отклонение оси Y(ССК), а эта ось является оптической осью прибора, от вертикали. Оценка – по длительности сигналов и характеру их распределения по времени.

ПОЗ, работающий по принципу баланса освещенности. Прибор сравнивает освещенность участков (на рисунке точки М и N) горизонта. В состав прибора входят две пары датчиков, визирующие диаметрально противоположные и взаимно перпендикулярные направления. Достоинство прибора - отсутствие подвижных частей.

Рассмотренные варианты применимы в случае, когда планета - полностью освещенный диск (на теневой стороне невозможно). Если планета в виде серпа, то применяется ПОЗ с радиальным сканированием. Сущность сканирования - три плоскости сканирования развернуты относительно друг друга на угол . На выходе прибора получаем три сигнала, а по их временному положению определяется местная вертикаль.

При проектировании СОиС необходимо знать принцип работы, устройство и применяемый метод сканирования: для обеспечения требуемых значений полей зрения и углов и скоростей сканирования.

Основные погрешности связаны с:

-влиянием не сферичности планеты и неровностью ее поверхности (а при наличии атмосферы – её рефракцией);

-нестационарностью теплового излучения;

-отклонение высоты полета от расчетной.

Одним из вариантов исполнения ПОЗ (разработки НПО “Полет”) следующий. Датчик горизонта представляет собой двухкоординатный прибор с двумя оптическими сборками типа Model 13-477 фирмы EDO Corporation (США). На каждой сборке под углом друг к другу установлено по два оптических блока, так чтобы после установки сборок на КА и его выводе на орбиту измерительные оси оптических блоков касались края Земли.

Для орбит КА с различными диапазонами больших и малых высот в организации ФГУП НПП “Геофизика - Космос” находятся на этапе отработки три типа ПОЗ с механическим сканированием: 342К, 343К и 336К. Основные технические характеристики ПОЗ, а также характеристики прибора 256К, разработанного ранее, приведены в таблице.

Тип прибора	Диапазон высот, км	Пред. погрешность, угл.мин	Масса, кг	Потребляемая мощность, Вт	Число измеряем. координат
342К	10000-40000	3,0 … 3,6 в зависимости от высоты	1,6	6,5	2
343К	36000	3,0	1,6	6,5	2
336К	180-1500	5,0	2,4	6,5	2
256 К3	180-40000	3	6,2	6,5	1

Все ПОЗ, представленные в таблице, являются двухкоординатными с ресурсом от 10 до 15 лет и работают в ИК - диапазоне (14…16 мкм).

Основные характеристики одного из датчиков горизонта зарубежного производства приведены в таблице.

Параметр	Servo-MiDES SSTL I/F
Тип	Двухкоординатный
Количество	1 датчик по каждой оси
Поле обзора, град	+/-5,5
Точность ( ), град.	0,06
Мощность, Вт	2,8