Наноракета для наноспутников?

[Monoceros]

Я сильно сомневаюсь, что простая камера сможет выхватить достаточное количество звезд.

А почему бы и нет. Я, со своим -2 зрением (при минимальной выдержке , на юге вижу более-менее звезды, почему же не сможет обычная камера. Даже если на снимке они тусклые, или вообще не видно, это не значит, что программа их там не разглядит.

Особенно при наличии поблизости ярких объектов (Луна, Солнце, Земля).

Любой звездный датчик засвечивается. На этот случай нужно либо иметь пьезогироскопчик и определять от предыдущего положения, либо просто интерполировать по пред. положению и текущей угловой скорости...

Особенно если ступень вращается с достаточно большими угловыми скоростями (более единиц градусов в секунду).

В принципе, алгоритму идентификации скорость не важна. Однако приблизительное знание текущего положения существенно повышает его производительность.

[поверхностный]

Можно, наверное, построить местную вертикаль 4мя-8ю фотодатчиками, если построение ориентации гарантированно идет над светлой стороной планеты.

RadioactiveRainbow, совершенно серьезно, сейчас очень просто делается инфракрасная вертикаль из 4-х пирометров для авиамоделей.
Типа http://paparazzi.enac.fr/wiki/Infrared_Sensors

[Artemkad]

Хорошая камера и широкий канал связи. А может тогда проще GPS?

GPS сам по себе градус не дает - в хороших навигаторах обычно еще встраивают барометрический высотомер и электронный компас, чтобы не делать дополнительные телодвижения для измерения азимута и скорости подъема/спуска.
Ну еще правда есть идеи использовать два GPS на концах достаточно длинного плеча, но пока что у GPS слишком мала точность для маленькой ракеты.

Что уж проще - несколько измерений через равные промежутки времени. Укладываешь в траекторию по которой вычисляешь параметры орбиты. Естественно это добро не на начальном этапе - слишком GPS медленный для "реалтайма". На начальных этапах для мелкой ракеты - инерциальная навигация описанная выше.

[Artemkad]

Можно, наверное, построить местную вертикаль 4мя-8ю фотодатчиками, если построение ориентации гарантированно идет над светлой стороной планеты.

RadioactiveRainbow, совершенно серьезно, сейчас очень просто делается инфракрасная вертикаль из 4-х пирометров для авиамоделей.
Типа http://paparazzi.enac.fr/wiki/Infrared_Sensors

...И тут в лепесток пиррометра попадает Солнце... Или горизонт не такой ровный как в степи... Или рядом водоем...

Как вспомагательная система - пойдет, но, ИМХО, полумера.

[Artemkad]

С увеличением доли используемого внешнего окислителя от 0 для ЖРД до 20-40 для крутых двухконтурных ВРД монотонно растет удельный импульс и падает удельная тяга.

"до  20-40" чего?

[ssb]

Естественно это добро не на начальном этапе - слишком GPS медленный для "реалтайма". На начальных этапах для мелкой ракеты - инерциальная навигация описанная выше.

Это заблуждение, GPS/ГЛОНАСС успешно используют для кинематических измерений в реальном времени с прецизионными точностями (сантиметры и миллиметры в секунду).  Вопрос лишь в изощрённости (== стоимости) приёмника.

[Monoceros]

Что уж проще - несколько измерений через равные промежутки времени. Укладываешь в траекторию по которой вычисляешь параметры орбиты.

Параметры орбиты нам не требуются. Надо хоть немного вникать, прежде чем писать.

[поверхностный]

Artemkad, акселерометры не заменят гироскоп. Пример с инклинометром не годится.

Далее, все-таки zyxman писал об ориентации с помощью разнесенных GPS. Были такие открытые проекты, 4 приемника, плечо 1 метр. Вы возражаете примером определения чего - вектора скорости?

Насчет ИК вертикали - она стоИт, как мне кажется, на всех космических аппаратах, должен быть опыт борьбы с недостатками. С высоты метров 100 горизонт именно ровный, как в степи.

[RadioactiveRainbow]

Т.е. предлагаете относительно земли ориентироваться?

Да, именно это я и предлагаю.

А почему бы и нет. Я, со своим -2 зрением (при минимальной выдержке ), на юге вижу более-менее звезды, почему же не сможет обычная камера.

А вы попробуйте поснимать

Даже если на снимке они тусклые, или вообще не видно, это не значит, что программа их там не разглядит.

Как сказать. Система управления будет ориентироваться по показаниям датчика, т.е. камеры. Если камера дает сплошное ровное черное изображение - откуда программа возьмет информацию о ярких объектах?

Любой звездный датчик засвечивается. На этот случай нужно либо иметь пьезогироскопчик и определять от предыдущего положения, либо просто интерполировать по пред. положению и текущей угловой скорости...

Ну вот, пошло усложнение системы....

Вы представьте себе такую гипотетическую ситуацию. Аппарат оказался на низкой наклонной орбите некоей планеты с некоторыми параметрами (параметры орбиты, начальные угловые координаты и скорости). То есть достать исходные данные для настройки гироскопов негде.

Нет, лучше задайтесь целью создать предельно примитивную систему.
Или создать систему на коленке с помощью молотка, паяльника и такой-то матери. Имхо - примерно то же самое.

RadioactiveRainbow, совершенно серьезно, сейчас очень просто делается инфракрасная вертикаль из 4-х пирометров для авиамоделей.
Типа http://paparazzi.enac.fr/wiki/Infrared_Sensors

А вот это ОЧЕНЬ интересно. Спасибо большое!
В самом деле, любопытно - как эта система реагирует на неоднородности поверхности и на небесные горячие объекты.
Есть люди, которые знают, а не думают или думают, что знают?

Что уж проще - несколько измерений через равные промежутки времени. Укладываешь в траекторию по которой вычисляешь параметры орбиты.

Звучит неплохо. За исключением того что, как уже сказано, нам не нужны параметры орбиты - нам нужна ориентация относительно местной вертикали

...И тут в лепесток пиррометра попадает Солнце... Или горизонт не такой ровный как в степи... Или рядом водоем...

Горизонт ровный по определению (каким ему еще быть на высоле под 100 км?).
А вот вода или Солнце - это да, это вопрос.

"до 20-40" чего?

до 20-40 крат использования забортного окислителя относительно стехиометрии (или относительно расхода горючего... не помню, надо лекции перекопать).

[Artemkad]

Artemkad, акселерометры не заменят гироскоп. Пример с инклинометром не годится.

А то, что называют "твердотельными гироскопами" на самом деле всего лишь измерители углового момента.

ЗЫ. Какой "инклинометр"? Я тебе описал как использовать интегральные акселерометры в частности как инклинометр. Проинтегрируй показания акселерометра по времени и в первом приближении будешь иметь скорость. Проинтегрируй еще раз - положение. Естественно ошибка интегрирования будет накапливаться. Для компенсации этого используй GPS. Итого - одна система медленная, но точная, вторая быстрая, но интегрирующая ошибку. Вместе эти две системы обеспечат практически всю навигацию.

[RadioactiveRainbow]

Как GPS позволит скорректировать накапливающуюся ошибку определения угловых положений и скоростей аппарата?

[поверхностный]

А то, что называют "твердотельными гироскопами" на самом деле всего лишь измерители углового момента.

Вообще-то угловую скорость.

Проинтегрируй еще раз - положение.

Ну человек уж пять сказало - разговор идет не о положении в пространстве, а об ориентации. Интегрироваться должны показания гироскопов.

Итого - одна система медленная, но точная, вторая быстрая, но интегрирующая ошибку. Вместе эти две системы обеспечат практически всю навигацию.

Все верно, но еще надо знать как мы летим - головой вперед или хвостом.

[Artemkad]

RadioactiveRainbow, совершенно серьезно, сейчас очень просто делается инфракрасная вертикаль из 4-х пирометров для авиамоделей.
Типа http://paparazzi.enac.fr/wiki/Infrared_Sensors

А вот это ОЧЕНЬ интересно. Спасибо большое!
В самом деле, любопытно - как эта система реагирует на неоднородности поверхности и на небесные горячие объекты.
Есть люди, которые знают, а не думают или думают, что знают?

В смысле есть ли тут кто-то, кто использовал эту систему?

Что уж проще - несколько измерений через равные промежутки времени. Укладываешь в траекторию по которой вычисляешь параметры орбиты.

Звучит неплохо. За исключением того что, как уже сказано, нам не нужны параметры орбиты - нам нужна ориентация относительно местной вертикали

...И тут в лепесток пиррометра попадает Солнце... Или горизонт не такой ровный как в степи... Или рядом водоем...

Горизонт ровный по определению (каким ему еще быть на высоле под 100 км?).

Не равномерно нагретый. Или если вместо пироэлементов используешь фотодиоды - не равномерно освещенный.

"до 20-40" чего?

до 20-40 крат использования забортного окислителя относительно стехиометрии (или относительно расхода горючего... не помню, надо лекции перекопать).

Э-э-э... В смысле - когда процент топлива в топливной смеси (или как следствие - в ракете) стремиться к нулю тяга стремится туда-же? И как это относится к внешнему окислителю?

[RadioactiveRainbow]

В смысле есть ли тут кто-то, кто использовал эту систему?  

Это было бы идеально )))

Не равномерно нагретый. Или если вместо пироэлементов используешь фотодиоды - не равномерно освещенный.

А я не зря, когда еще говорил про визуальную а не ИК ориентацию, уточнял что ориентация строится токмо над светлой стороной планеты

Никто случаем не видел инфракрасные фотографии Земли из космоса? Как там с равномерностью прогрева?
Что-то мне подсказывает, что примерно как с равномерностью освещенности

Э-э-э... В смысле - когда процент топлива в топливной смеси (или как следствие - в ракете) стремиться к нулю тяга стремится туда-же? И как это относится к внешнему окислителю?

Чем больше расход внешнего окислителя тем ниже доля горючего в топливе, тем ниже тяга (в пределе стремится к нулю) и тем выше УИ (в пределе стремится к чему-то типа бесконечности, кажется... Впрочем, не уверен - не помню.).

[RadioactiveRainbow]

когда процент топлива в топливной смеси (или как следствие - в ракете)

Не заметил сразу.
Нет, тут ваша логика дала сбой.
Расход окислителя, расход воздуха и расход горючего - три взаимонезависимых параметра.
Вы можете массу горючего на борту аппарата приблизить к 1, а долю горючего в расходе топлива к нулю. У вас получится пепелац, использующий только забортный окислитель, имеющий неприлично высокий УИ, но способный поднять в воздух только себя самого,да и то только с помощью крыльев.


Дополнительной сложностью создания ВРД-бустеров является существенное измерение параметров полета (Маха и давления в первую очередь). Создание ВЗУ, прилично регулируемых даже в достаточно узком диапазоне чисел Маха - задачка еще та, а вы хотите сделать нормальный воздухозаборник от неля до 5-8М.


Но это все фигня. На самом деле объяснение еще проще.
1) эффективность ВРД снижается с ростом Маха. От М=0 до М=3-4 можно пользовать турбореактивные. Где-то с М=2-4 надо пользовать ПВРД. С М=4-5 нужно пользовать ГПВРД (все еще мучительно отрабатываемые). Эффективность каждого следующего класса двигателей где-то вдвое ниже эффективности каждого последующего.
Чем выше скорость, тем ниже выигрыш в эффективности.
2) Допустим, мы можем лететь на ВРД в атмосфере до М-6 (я оптимист, да =)) - это менее 2 км/с. Пусть будет 2.
А 2 км/с - это 1/16 необходимой для набора орбитальной скорости энергии.

То есть мы заморочились со сложными воздушно-реактивными двигателями, с прочностью конструкции и теплоизоляцией верхней ступени, а в результате выиграли что? Типа снизили стартовую массу?

[avmich]

Конечно, вопрос не так прост, как многим может показаться, иначе о нём не ломали бы копья специалисты.

Получая крылья, аппарат не только приобретает массу связанных с ними проблем - в виде массы в конечном итоге - но и ряд существенных плюсов, типа упрощения аварийных режимов. Есть причины, по которым Virgin Galactic и XCOR делают свои аппараты крылатыми.

Ещё раз - вопрос сложный и неоднозначный. Можно, например, попытаться сделать огромный крылатый аппарат, работающий как многоразовая первая ступень, и получить снижение стоимости вывода на орбиту за счёт запуска с этой первой ступени. Получится такое или нет - специалисты не знают.

[Artemkad]

2) Допустим, мы можем лететь на ВРД в атмосфере до М-6 (я оптимист, да =)) - это менее 2 км/с. Пусть будет 2.
А 2 км/с - это 1/16 необходимой для набора орбитальной скорости энергии.

То есть мы заморочились со сложными воздушно-реактивными двигателями, с прочностью конструкции и теплоизоляцией верхней ступени, а в результате выиграли что? Типа снизили стартовую массу?

В результате имеем начальные 1500м/с и 40 км. высоты.
ЗЫ. Я не настолько оптимист. Я исхожу из сегодняшнего состояния. Хотя 5М - вроде чисто термическое ограничение по тормозящему  воздухозаборнику для ПВРД. Т.е. в принципе имеет решение даже "в лоб" (охлаждение воздухозаборника компонентами топлива)
ЗЗЫ. Ну я так прикинул - с этих начальных условий на следующие 2 ступени понадобится примерно 21кг ракеты на 1кг  выводимой массы. С поверхности для трехступенчатой - примерно 36кг на 1кг выводимой массы при тех-же условиях. Осталось самое сложное - оценить массу воздушной ступени...
ЗЗЗЫ. Кроме того, мне не нравится мысль о "теплоизоляции третьей ступени". На кой расталкивать воздух когда его можно использовать?

[Artemkad]

Ну человек уж пять сказало - разговор идет не о положении в пространстве, а об ориентации. Интегрироваться должны показания гироскопов.

Итого - одна система медленная, но точная, вторая быстрая, но интегрирующая ошибку. Вместе эти две системы обеспечат практически всю навигацию.

Все верно, но еще надо знать как мы летим - головой вперед или хвостом.

По поводу простой системы ориентации. Из того, что мне пока пришло в голову...
 Ориентация по вектору магнитного поля. Типа этого: http://www.detect-ufo.narod.ru/pribor/magnitometr/magnito_res/orient_dat_06.html
Плюс перпендикулярно обычная камера с обзором примерно   270х30гр. для ориентации по Солнцу.

[RadioactiveRainbow]

Поискал фотки земли... В видимом и ик спектрах (подозреваю - во многих других так же) диск земли четко выделяется на фоне космоса.

Пожалуй, достаточно просто будет выцепить диск планеты, не обращая внимания на распределение температуры по самому диску.

Вопрос в том, как бы попроще это реализовать и как отсеять посторонние объекты. Как выделить именно занимающий 90-160 градусов поля зрения контрастный диск.


Нужно либо использовать готовую матрицу с панорамной оптикой и программными средствами вытягивать положение искомого объекта, либо наборную матрицу фотоэлементов... тут можно аналоговой обработкой обойтись.
Помоделировать бы это...

[Monoceros]

Вопрос в том, как бы попроще это реализовать и как отсеять посторонние объекты. Как выделить именно занимающий 90-160 градусов поля зрения контрастный диск.


Нужно либо использовать готовую матрицу с панорамной оптикой и программными средствами вытягивать положение искомого объекта, либо наборную матрицу фотоэлементов... тут можно аналоговой обработкой обойтись.
Помоделировать бы это...

Не надо фотоэлементов и паяльника, это лишний геморрой. Вполне хватит нетбука и вебкамеры  :wink: