Измерительные устройства, датчики обратной связи

1.3 Анализ тенденций развития. Обзор научно-технической и патентной литературы

В 2001 году на 8-й Международной конференции по интегрированным навигационными системам, проходящей в ЦНИИ "Электроприбор" в г. Санкт - Петербурге был представлен доклад: Доронин В.П., Мезенцев А.П., Новиков Л.З., Решетников В.И., Глыбин И.Г., Неаполитанский А.С. Гироскопические чувствительные элементы для систем управления ориентацией и стабилизации орбитальных космических аппаратов [5], в котором дан подробный обзор тенденций развития прецизионных гироскопических приборов разработки НИИПМ им. Академика В.И. Кузнецова (Москва).

К классу прецизионных гироскопических приборов разработки данного предприятия можно отнести, например, приборы КИ99-110 (диапазон измерения 6/c, случайная составляющая дрейфа в запуске 0,014 /ч, стабильность коэффициента преобразования 0,01%, масса 1200 г), КИ79-132 (диапазон измерения 15/c, случайная составляющая дрейфа в запуске 0,006 /ч, стабильность коэффициента преобразования 0,01%, масса 850 г), КИНД99-003 (диапазон измерения 0,5 /c, случайная составляющая дрейфа в запуске 0,003 /ч, стабильность коэффициента преобразования 0,004%, масса 300 г). Потребляемая мощность КИ99-110 и КИ79-132 не превышает 3 Вт, а у прибора КИНД99-003 - 1,8 Вт [5].
На 10 Санкт-Петербургской международной конференции по интегрированным навигационным системам в 2003 году был представлен доклад: Волынцев А.А., Дудко Л.А., Казаков Б.А., Решетников В.И., Козлов В.В., Дибров Д.Н., Рыжков В.С. Опыт создания высокоточных поплавковых гироприборов, применяемых в системах угловой ориентации и стабилизации космических аппаратов и станций [4]. В нем говорится, что НИИПМ им. академика В.И. Кузнецова за период с 1985 по 2003 г. разработало целый класс бесплатформенных инерциальных блоков (БИБ) с прецизионными поплавковыми элкектромеханическими измерителями угловой скорости в качестве ЧЭ. Применение газодинамической опоры ротора, магнитного центрирования его подвеса и сложной системы термостатирования позволило обеспечить высокие точностные характеристики приборов, работавших на 25 космических объектах различных типов. На станции "Мир" работал трехосный БИБ КИ34-2А (диапазон измерения 6/c, случайная составляющая дрейфа в запуске 0,03/ч, стабильность коэффициента преобразования 0,03%, масса 32 кг), а в блоке "Звезда" станции МКС ныне работает четырехосный БИБ КИНД34-020 (диапазон измерения 0,5/c, случайная составляющая дрейфа в запуске 0,003/ч, стабильность коэффициента преобразования 0,005%, масса 12,5 кг), точностные характеристики которого не уступают четырехосному американскому БИБ RSU (диапазон измерения 3/c, случайная составляющая дрейфа в запуске 0,015 /ч, стабильность коэффициента преобразования 0,013%), работающему в системе управления космическим телескопом "Хаббл" и считающемуся одним из самых точных в мире. В 2002 г. был разработан шестиосный БИБ КИНД34-011 для НПО им. Лавочкина (диапазон измерения 0,2 /c, случайная составляющая дрейфа в запуске 0,01/ч, стабильность коэффициента преобразования 0,02 %, дискретность информации 0,008, масса 21 кг) [4].
На космической станции "Мир" был применен блок ДУС средней точности ("Орт"), обеспечивающий работу системы управления при маневрах. На транспортных кораблях "Прогресс - М" и пилотируемых КА "Союз - ТМА" работу системы ориентации обеспечивает блок датчиков угловых скоростей (БДУС) средней точности "Орт" разработки ФГУП "ПО "Корпус" (г. Саратов) (диапазон измерения 10 /c, случайная составляющая дрейфа в запуске 0,36/ч, стабильность коэффициента преобразования 0,5%, масса 10 кг). Этот же блок применен и на действующей МКС. В 2007 году на 14 Санкт-Петербургской Международной конференции по интегрированным навигационным системам был представлен доклад: Калихман Л.Я., Калихман Д.М., Полушкин А.В., Садомцев Ю.В., Ермаков Р.В., Нахов С.Ф. "Возможность построения миниатюрных блоков измерителей угловых скоростей повышенной надежности для космических объектов на базе поплавковых ДУС с использованием современной элементной базы" [8]. В докладе исследуются возможности построения современных блоков гироскопических поплавковых приборов с применением микропроцессоров.
В США поплавковые блоки датчиков угловых скоростей (БДУС) разрабатывались в лаборатории Ч. Дрейпера в конце 70-х годов, и уровень технических характеристик был аналогичен приведенному уровню характеристик отечественных прецизионных ДУС и ДУС средней точности. В настоящее время системы ориентации США используют в основном ДНГ и ВОГ.
Из последних разработок гироскопических приборов данного класса можно отметить гироскопы И-1 и И-2 ФГУП ГНПП "Сплав" г. Тула, обладающих следующими техническими характеристиками: (диапазон измерений 5, чувствительность 0,03-0,05 /с, число каналов измерения 2). Материалы о данной разработке были представлены в 2004 году на 11 - й Санкт - Петербургской международной конференции по интегрированным навигационным системам. [2].
Прогнозируемый уровень технических характеристик перспективных поплавковых ДУС может быть представлен следующей таблицей.

Таблица 1.3-1

Технические характеристики основных типов поплавковых ДУС

Наименование параметра	Прецизионный поплавковый ДУС	Поплавковый ДУС средней точности	Поплавковый телеметрический ДУС
1	2	3	4
Диапазон измеряемых угловых скоростей, /с	 (3-5)	 (10-50)	А: 0,1-30 Б: 0,1-1500
Коэффициент преобразования, /бит	0,02-2	1-6
Случайная составляющая дрейфа, не зависящего от перегрузки, /ч в запуске между запусками	 (0,003-0,005) за 24 ч  (0,03-0,05)	 (0,02-0,03)  (0,2-0,3)	А: 0,3 Б: 50
Случайная составляющая дрейфа, зависящего от перегрузки, /ч в запуске между запусками	 0,05  0,2	 (0,5-1)
Случайная составляющая дрейфа, зависящего от квадрата g, /ч	0,03
Нелинейность коэффициента преобразования, %	0,001-0,003	0,01-0,03	А: 0,1-0,3Б: 2
Нестабильность коэффициента преобразования, %.	0,003
Погрешность АЧХ, ФЧХ в диапазоне 115 Гц, %			 1%  0,5 Гц
Масса одного канала, кг	 0,5-0,7	 0,5-0,7	0,1
Ресурс, ч	150000	100000	100-10000