The 22 reference contexts in paper E. Starovoitov I., Е. Старовойтов И. (2016) “Анализ надежности лазерных локационных систем для управления движением космических аппаратов // Reliability analysis of onboard laser ranging systems for control systems by movement of spacecraft” / spz:neicon:technomag:y:2014:i:2:p:202-219

  1. Start
    683
    Prefix
    на Луну и другие планеты пилотируемыми космическими аппаратами (КА) подразумевает выполнение операций управляемого спуска взлетно-посадочного комплекса с последующим стартом, после которого осуществляется сближение и стыковка с орбитальным КА. Для управления этими операциями могут быть использованы лазерные локационные системы (ЛЛС), в том числе лазерные высотомеры
    Exact
    [1]
    Suffix
    . ЛЛС определяют дальность до пассивного КА и скорость сближения, а лазерные высотомеры обеспечивают измерение высоты над поверхностью планеты и скорости снижения. Полеты вне околоземной орбиты требуют высокой надежности работы всех систем КА, обеспечивающих выполнение программы полета и безопасное возвращение на Землю.
    (check this in PDF content)

  2. Start
    1941
    Prefix
    Оптико-механический сканер, включающий подвижные элементы, обеспечивающие отклонение зондирующего пучка (дефлекторы и сканаторы), позволяет ЛЛС получать 3Dизображение объекта измерений. В настоящее время интенсивно развивается технология 3D Flash Ladar, позволяющая отказаться от сканирования
    Exact
    [2]
    Suffix
    . Недостатком таких систем в настоящее время является ограниченная дальность обнаружения пассивного КА (в среднем около 500 м). При широком диапазоне измеряемых дальностей для снижения мощности принятого сигнала применяется оптический аттенюатор, как в конструкции лазерного высотомера, предназначенного для управления спуском автоматического КА на поверхность Фобоса [3].
    (check this in PDF content)

  3. Start
    2335
    Prefix
    При широком диапазоне измеряемых дальностей для снижения мощности принятого сигнала применяется оптический аттенюатор, как в конструкции лазерного высотомера, предназначенного для управления спуском автоматического КА на поверхность Фобоса
    Exact
    [3]
    Suffix
    . Оптический аттенюатор может иметь электромеханический привод. Необходимо отметить, что использование подвижных частей в конструкции ЛЛС отрицательно влияет на надежность аппаратуры. Трение взаимодействующих деталей в условиях космического вакуума приводит к их быстрому разрушению и адгезии [4].
    (check this in PDF content)

  4. Start
    2638
    Prefix
    Необходимо отметить, что использование подвижных частей в конструкции ЛЛС отрицательно влияет на надежность аппаратуры. Трение взаимодействующих деталей в условиях космического вакуума приводит к их быстрому разрушению и адгезии
    Exact
    [4]
    Suffix
    . Даже при выполнении специальных мер не удается обеспечить продолжительную эксплуатацию подвижных частей, а герметизация прибора не всегда возможна из-за ограничений на массово-геом етрические характеристики КА.
    (check this in PDF content)

  5. Start
    3010
    Prefix
    Даже при выполнении специальных мер не удается обеспечить продолжительную эксплуатацию подвижных частей, а герметизация прибора не всегда возможна из-за ограничений на массово-геом етрические характеристики КА. Для повышения надежности ЛЛС были разработаны способы обнаружения пассивного КА с использованием ЛЛС без оптико-механического сканирования
    Exact
    [5,6]
    Suffix
    , за счет движения активного КА. Они основаны на использовании «ножевой» диаграммы направленности зондирующего излучения ЛЛС с различной шириной в меридиональной и сагиттальной плоскостях и многоэлементного линейного фотоприемного устройства.
    (check this in PDF content)

  6. Start
    4817
    Prefix
    На ранних этапах жизненного цикла сложных технических систем различного целевого назначения в условиях отсутствия статистической информации об их отработке и испытаниях оценку ВБР получают расчетным методом и полагают, что оно распределено по экспоненциальному закону. В этом случае показатели надежности описываются следующими выражениями
    Exact
    [7]
    Suffix
    . Значение ВБР для изделия (прибора или его элемента) равно: P = e–λ·t, (1) где: λ – поток интенсивности отказов изделия, 1/ч; а t ∈ [t0, Tf] – оцениваемый период времени активной работы, ч; t0 – начало работы изделия; Tf – окончание работы изделия.
    (check this in PDF content)

  7. Start
    5818
    Prefix
    Для расчета ВБР использованы максимальные эксплуатационные значения интенсивностей отказов для каждой группы типовых элементов, используемых в конструкции ЛЛС. Значение эксплуатационного коэффициента принято равным Кэ = 1,5, что соответствует эксплуатации изделия в условиях орбитального космического полета
    Exact
    [7]
    Suffix
    . В значительной степени надежность ЛЛС определяется надежностью лазерного источника и режимом его работы. В ЛЛС, разрабатываемых в настоящее время используются твердотельные лазеры (ТТЛ), полупроводниковые лазерные диоды (ЛД) и волоконные лазеры (ВЛ) [8].
    (check this in PDF content)

  8. Start
    6072
    Prefix
    В значительной степени надежность ЛЛС определяется надежностью лазерного источника и режимом его работы. В ЛЛС, разрабатываемых в настоящее время используются твердотельные лазеры (ТТЛ), полупроводниковые лазерные диоды (ЛД) и волоконные лазеры (ВЛ)
    Exact
    [8]
    Suffix
    . Для оценки надежности выбраны два типа ЛЛС. Первый вариант представляет собой ЛЛС без оптико-механического сканирования, имеющую ближний и дальний каналы, в состав которой входят ТТЛ и непрерывный полупроводниковый ЛД, а также аттенюатор с электромеханическим приводом.
    (check this in PDF content)

  9. Start
    7860
    Prefix
    Второе состоит в том, что ресурс ЛД накачки не зависит от частоты их повторения. Деградация ЛД имеет температурную зависимость, которую часто аппроксимируют экспоненциальной функцией
    Exact
    [9]
    Suffix
    . При изменении температуры имеет место сдвиг линии генерации, неприемлемый в блоке диодной накачки (спектр излучения ЛД должен быть согласован с узкими полосами поглощения активных ионов), который часто имеет собственную систему термостабилизации.
    (check this in PDF content)

  10. Start
    8314
    Prefix
    , неприемлемый в блоке диодной накачки (спектр излучения ЛД должен быть согласован с узкими полосами поглощения активных ионов), который часто имеет собственную систему термостабилизации. Поэтому при оценке ресурса ЛД накачки будем оценивать только количество импульсов излучения. Ресурс сборок ЛД для накачки ТТЛ составляет не менее Nи = 108...109 импульсов излучения
    Exact
    [10,11]
    Suffix
    . Тогда интенсивность отказов ЛД накачки оценим по формуле è í N f3600⋅ λ=, (4) где: fн – частота повторения импульсов накачки. Примем Nи = 10 9 , тогда при средней частоте повторения импульсов накачки fн = 10 Гц интенсивность отказов составит λн = 3,6·10–5 1/ч.
    (check this in PDF content)

  11. Start
    8790
    Prefix
    Для серийно выпускаемых полупроводниковых ЛД, излучающих в непрерывном режиме, в настоящее время ресурс составляет 10000 ч (соответствующий снижению выходной оптической мощности не более чем на 20 %)
    Exact
    [12]
    Suffix
    . ВЛ, применяемые в настоящее время для обработки материалов, по сравнению с ТТЛ имеют больший ресурс источника накачки – свыше 50000 ч (при частотах генерации 20...100 кГц, кол ичество импульсов не указывается) [13].
    (check this in PDF content)

  12. Start
    9020
    Prefix
    ВЛ, применяемые в настоящее время для обработки материалов, по сравнению с ТТЛ имеют больший ресурс источника накачки – свыше 50000 ч (при частотах генерации 20...100 кГц, кол ичество импульсов не указывается)
    Exact
    [13]
    Suffix
    . Из-за многих преимуществ рассматривается применение ВЛ в перспективных ЛЛС в качестве источника излучения [14]. Для оценки надежности электронных компонентов использованы максимальные эксплуатационные значения интенсивностей отказов для нескольких групп типовых элементов.
    (check this in PDF content)

  13. Start
    9136
    Prefix
    ВЛ, применяемые в настоящее время для обработки материалов, по сравнению с ТТЛ имеют больший ресурс источника накачки – свыше 50000 ч (при частотах генерации 20...100 кГц, кол ичество импульсов не указывается) [13]. Из-за многих преимуществ рассматривается применение ВЛ в перспективных ЛЛС в качестве источника излучения
    Exact
    [14]
    Suffix
    . Для оценки надежности электронных компонентов использованы максимальные эксплуатационные значения интенсивностей отказов для нескольких групп типовых элементов. Минимальная наработка до отказа электродвигателей принята 20000 ч [15].
    (check this in PDF content)

  14. Start
    9382
    Prefix
    Для оценки надежности электронных компонентов использованы максимальные эксплуатационные значения интенсивностей отказов для нескольких групп типовых элементов. Минимальная наработка до отказа электродвигателей принята 20000 ч
    Exact
    [15]
    Suffix
    . Интенсивность отказов для разных блоков ЛЛС представлена в таблице 1. Табл. 1 Интенсивность отказов для разных блоков ЛЛС Блок λ, 1/ч Электронные компоненты 3,5·10–6 Двигатель 5,0·10–5 ТТЛ с диодной накачкой (fн = 10 Гц) 3,6·10–5 Полупроводниковый ЛД (непрерывный) 1,0·10–4 ВЛ 2,0·10–5 2 Оценка надежности двух типов ЛЛС При проектировании ЛЛС возникает пробл
    (check this in PDF content)

  15. Start
    11114
    Prefix
    Формальным образом это можно представить в виде 2 2 22 2 2 2 2 tt Dt ∆ + ∆ =⋅∆ σ υ σ υ συ , (7) Предположим, что σD не зависит от дальности и что σt << σD. Пренебрегая вторым членом в выражении (7), преобразуем его к виду 2 2 t D ∆ ⋅ = σ συ. (8) Для времяпролетного метода измерения дальности обычно σD = 3,5...10 м
    Exact
    [16]
    Suffix
    . Если в дальнем канале ЛЛС необходимо обеспечить συ < 1 м, то в этом случае возникают существенные трудности. Из выражения (5) следует, что точность измерений можно повысить за счет увеличения промежутка времени Δt между измерениями.
    (check this in PDF content)

  16. Start
    13298
    Prefix
    Для сканирующей по двум осям ЛЛС, предназначенной для измерений дальностей свыше нескольких километров, частота повторения зондирующих импульсов определяется измеряемым расстоянием. Выбор лазерного источника обычно выполняется на основе оценки энергетики и теплового режима
    Exact
    [8]
    Suffix
    , надежность при этом не оценивается. Очевидно, что с точки зрения управления движением КА желательно обеспечить быстрый просмотр области целеуказания для обнаружения пассивного КА и своевременного обновления информации.
    (check this in PDF content)

  17. Start
    14724
    Prefix
    частоты повторения зондирующих импульсов и ВБР от дальности для ЛЛС на основе ТТЛ Анализ зависимостей, представленных на рис. 3 показывает, что значительное снижение надежности ТТЛ связано со сканированием области целеуказания с высокой частотой. В этом случае очевидны преимущества ВЛ: ресурс 50000 ч при fи = 20...100 кГц. Ограниченная энергия импульса ВЛ (до 0,5 мДж
    Exact
    [13]
    Suffix
    ) компенсируется небольшой дальностью локации. С увеличением дальности и, следовательно, энергии зондирующих импульсов, падает допустимая частота их повторения, что позволяет использовать ТТЛ.
    (check this in PDF content)

  18. Start
    15097
    Prefix
    С увеличением дальности и, следовательно, энергии зондирующих импульсов, падает допустимая частота их повторения, что позволяет использовать ТТЛ. Таким образом, для локации на дистанциях менее 10 км следует использовать ВЛ, а на дистанциях свыше 10 км – ТТЛ, что согласуется с результатами энергетических расчетов
    Exact
    [8]
    Suffix
    . 3 Влияние подвижных элементов на надежность ЛЛС Следующим вопросом является влияние подвижных элементов на надежность ЛЛС. Рассмотрим надежность ЛЛС с герметичным объемом и с подвижными парами, находящимися в условиях космического вакуума.
    (check this in PDF content)

  19. Start
    15522
    Prefix
    Рассмотрим надежность ЛЛС с герметичным объемом и с подвижными парами, находящимися в условиях космического вакуума. Для подвижных пар примем наработку до отказа равной Тн = 500 ч. Оценим, как измениться ВБР при реализации разработанных способов обнаружения пассивного КА
    Exact
    [5,6]
    Suffix
    . Примем допущение, что многоэлементное линейное фотоприемное устройство существенно не изменяет показатели надежности. Для ЛЛС с герметичным оптико-механическим блоком одним из путей повышения надежности может быть резервирование электродвигателей.
    (check this in PDF content)

  20. Start
    15911
    Prefix
    Для ЛЛС с герметичным оптико-механическим блоком одним из путей повышения надежности может быть резервирование электродвигателей. На практике, из-за массогабаритных ограничений преимущественно используется однократное резервирование – дублирование
    Exact
    [17]
    Suffix
    . Структурные схемы надежности представлены на рис. 4. Рис. 4. Структурные схемы надежности разных вариантов ЛЛС с оптико-механическим сканированием по двум осям: а) с герметизацией оптико-механического блока и дублированием электродвигателей; б) без герметизации оптико-механического блока При оценке надежности резервированной системы предполагается, что переключение с отказавше
    (check this in PDF content)

  21. Start
    16496
    Prefix
    по двум осям: а) с герметизацией оптико-механического блока и дублированием электродвигателей; б) без герметизации оптико-механического блока При оценке надежности резервированной системы предполагается, что переключение с отказавшего элемента на резервный осуществляется мгновенно и безошибочно. При параллельном резервировании электродвигателей, ВБР каждого комплекта будет равна
    Exact
    [17]
    Suffix
    P = 1 – (1 – Pд) 2 , (12) где: Pд – ВБР для отдельного электродвигателя. ВБР для всей последовательно-параллельной схемы соединения элементов (см. рис. 4, а) будет определяться выражением P = Pэ·(1 – (1 – Pд) 2 ) 2 ·Pл, (13) где: Pэ, Pл – ВБР для электронных компонентов, электродвигателей и лазера, определяемые по формуле (1).
    (check this in PDF content)

  22. Start
    17721
    Prefix
    Если для полного обзора квадратной области целеуказания требуется n×n зондирующих импульсов, то с использованием такой диаграммы излучения будет достаточно всего n импульсов. В ЛЛС со сканированием по двум осям используются частоты повторения зондирующих импульсов до fи = 10 кГц
    Exact
    [14]
    Suffix
    . Тогда при реализации данных способов можно снизить частоту повторения зондирующих импульсов до значения fи = 100 Гц. Значения ВБР для разных вариантов ЛЛС представлены в таблице 2. Табл. 2 ВБР для разных вариантов сканирующей по двум осям ЛЛС Вариант ЛЛС λΣ, 1/ч ВБР Герметичный оптико-механический блок 1,85·10–4 0,9994 Герметичный оптико-механический блок с дублированием электродв
    (check this in PDF content)