Проект эксперимента TECSAS с роботом-манипулятором на автономном космическом аппарате

В.М. Линкин, В.Г. Родин, О.Ф. Прилуцкий, В.М. Готлиб, О.Н Андреев, А.Н. Липатов

Институт космических исследований РАН

Г.Н. Роговский, А.В. Лукьянченко, В.П. Долгополов

НИЦ им. Г.Н. Бабакина

Ю.Н. Зыбин

МГТУ им. Н.Э. Баумана

Организации-участники проекта

• Институт космических исследований РАН• НИЦ им. Г.Н. Бабакина• МГТУ им. Н.Э. Баумана• Институт робототехники и механотроники

(ДЛР, Германия)• Астриум, Германия

Задачи эксперимента

• Проведение работ с роботом-манипулятором на автономном активном космическом аппарате, сближающимся с космическим-аппаратом-мишенью

• Проведение совместного полета двух космических аппаратов с управлением относительным положением и ориентацией

Предварительная история проекта в Германии

• 1993 год - эксперимент ROTEX на расположенной на транспортном космическом корабле «ШАТТЛ» орбитальной лаборатории «Спейслэб-Д-2»

• 1998 год - эксперимент GETEX на японских спутниках ETS-VII

Эксперимент ROTEX• Апрель 1993 г. Полет STS-55 - Spacelab-D2

Эксперимент ROTEX

• Робот-манипулятор с 6 шарнирами.

• Установлен в отдельном отсеке орбитальной лаборатории.

• Снабжен радом датчиков - лазерными измерителями расстояний, телевизионными стереокамерами, датчиками.

• Управление производилось в нескольких режимах: с пульта управления, с наземного пункта с использованием прогнозируемой графики, при помощи компьютера по сигналам датчиков.

Эксперимент GETEX на японском спутнике ETS-VII

• Работа с роботом-манипулятором со специальной наземной станции телеуправляемого робота

Управление производилось через спутник-ретранслятор TDRSS

Робот на спутнике ETS-VII(в сложенном состоянии)

Предварительная история проекта в России

• 2001 год - проработка проекта эксперимента со сближением, захватом и удалением с орбиты неуправляемого спутника

• 2002-2003 годы - проработка проекта эксперимента с двумя ориентируемыми спутниками, на одном из которых расположен робот-манипулятор

Проект эксперимента по сближению с неуправляемым космическим

аппаратом(задачи эксперимента)

• Вывод управляемого космического аппарата на орбиту, близкую к орбите неуправляемого спутника.

• Сближение с неуправляемым спутником.• Захват неуправляемого спутника.• Удаление сборки управляемого и

неуправляемого спутников с орбиты.

Прототип управляемого спутника

• КА «Полет» разработки ЦКБМ

• Первые полеты - 1963-64 г.г.

• 18 полетов в 1968-82 г.г.

• Масса КА - 2500 кг

• Размеры - 2100 х 4365 мм

• Масса топлива - 977 кг

• Тяга двигателя - 600 кг

• До 50 включений

• Изменение скорости - до 1400 м/с

• Ресурс ДУ может быть продлен до 2008 года

• Носитель - Стрела (на базе РС-18)

Схема ДУ управляемого спутника

Задачи эксперимента

• Проведение работ с роботом-манипулятором на автономном активном космическом аппарате, сближающимся с космическим-аппаратом-мишенью

• Проведение совместного полета двух космических аппаратов с управлением относительным положением и ориентацией

Этапы полета

• Выведение двух спутников на ракетах-носителях «Волна» (на базе РСМ-52)

• Перевод на промежуточную орбиту (400 х 500 км)

• Перевод на рабочую орбиту высотой 500 км.

• Коррекция орбиты для вывода в исходное положение сближения.(на расстояние в несколько сотен метров вдоль орбиты с поперечным отклонением в десятки метров).

• Сближение до рабочего положения (на расстояние в 1 метр при относительной скорости менее нескольких миллиметров в секунду).

• Работа с манипулятором (в прямой видимости наземного пункта связи).

• Отведение на безопасное расстояние (несколько десятков метров).

Ракета-носитель «Волна»

Выведение на орбиту

Сближение на орбите

• Аналогично осуществленным ранее двум сотням полетов в пилотируемых программах (Джемини, Союз, Аполлон, Прогресс, ТКС, Шаттл) и двум десяткам полетов автоматических аппаратов.

• Основные отличия - использование данных навигационной системы GPS, современных телекамер и бортовых вычислительных машин.

Датчики, используемые для сближения

• Система GPS (точность по координатам 50 м, по скорости 3 см/с) - дальнее сближение.

• Радиолокатор (радиус действия - несколько километров, точность - несколько процентов).- средний участок.

• Телевизионная камера, работающая по ярким световым меткам на спутнике-мишени (разрешение 1024 х 768 пикселов, ширина поля зрения 60 градусов) - ближнее сближение.

Схема активного спутника(без робота-манипулятора)

Узлы активного спутника с роботом-манипулятором

Активный спутник в сложенном виде

Активный спутник со сложенным и развернутым роботом-манипулятором

Спутник-мишень