Device for constructing the local vertical for nanospacecraft

Abstract

Рассмотрено устройство для построения местной вертикали для космического аппарата нанокласса, основанное на визировании горизонта Земли в видимом диапазоне длин волн. Применение такой системы на наноспутнике позволит определять направление на местную вертикаль с точностью, сравнимой с точ-ностью инфракрасных построителей местной вертикали, при этом со значи-тельным выигрышем в массе и энергопотреблении. К недостаткам системы от-носятся невозможность определить ориентацию на теневом участке орбиты, а также засветка изображения при попадании солнечного света в кадр. Результа-ты численного эксперимента показали, что предложенная система работает в широком диапазоне углов ориентации. Рассмотрен полунатурный эксперимент по определению угла тангажа с помощью обработки видеоизображений, посту-пающих с камеры. Эксперимент показал, что точность системы построения ме-стной вертикали космического аппарата на основе обработки видеоизображе-ний сопоставима с точностью инфракрасных построителей местной вертикали. Ключевые слова: наноспутник, построитель местной вертикали, видеонави-гация, датчик, экспериментВ космической технике широко применяются оптические построители местной верти-кали (ПМВ), работа которых основана на "визировании" видимого горизонта планеты как минимум в трех его различных точках. Автоматические ПМВ используют наличие теплового контраста между поверхностью планеты и "холодным" космическим пространством, а по-этому они получили название инфракрасных ПМВ или ИК-вертикалей (ИКВ) [1].Такие ПМВ используются на тяжелых КА с достаточным энергетическим обеспечением. Если рассматривать малые космические аппараты (МКА), в частности наноспутники, то при-менение в них инфракрасной камеры и тем более вращающего зеркала нерационально, так как энергетика такого спутника ограничена. На наноспутниках целесообразно использовать легкую оптическую систему с низким энергопотреблением, не имеющую подвижных частей, например, систему построения местной вертикали по анализу изображения Земли -видео-вертикаль.Следует заметить, что для работы обычных построителей вертикали используется ИК-диапазон электромагнитных волн, на отдельных участках которого происходит заметное поглощение и излучение атмосферных газов, в частности паров воды. При этом ИКВ обнару-живает перепад яркости между различными слоями атмосферы, т.е. для построения местной вертикали используется не изображение края Земли, а линия контраста между слоями атмо-сферы [2].Предлагаемая в настоящей работе система лишена этого недостатка, так как визирует горизонт в видимой части спектра. Переход в видимый диапазон, для которого существуют матричные приемники излучения большого размера, позволяет значительно упростить и удешевить аппаратуру, а также одновременно проводить навигационные измерения по гори-