Просмотр сведений о научной статье

Обложка номера

Заголовок

Оптическая система перспективного светодиодного имитатора солнечного излучения для наземной отработки космических аппаратов

Авторы

^1,2А.А. Шевчук, ³Г.В. Двирный, ⁴Г.Г. Крушенко, ^1,2В.В. Двирный, ⁵М.В. Елфимова

Организации

¹АO «Информационные спутниковые системы» им. акад. М. Ф. Решетнёва»
г. Железногорск, Красноярский край, Российская Федерация
²Сибирский федеральный университет
г. Красноярск, Российская Федерация
³Сибирский государственный университет науки и технологий им. акад. М. Ф. Решетнёва
г. Красноярск, Российская Федерация
⁴Институт вычислительного моделирования СО РАН, ФИЦ КНЦ СО РАН
г. Красноярск, Российская Федерация
⁵Сибирская пожарно-спасательная академия ГПС МЧС России
г. Железногорск, Красноярский край, Российская Федерация

Аннотация

Переход к производству космических аппаратов нового поколения требует значительного совершенствования методов и средств наземной экспериментальной отработки, повышения точности испытательного оборудования. Одним из базовых и наиболее сложных элементов испытательного оборудования, применяемого при комплексных термовакуумных испытаниях космических аппаратов, является имитатор солнечного излучения. В настоящее время перспективным направлением считается построение имитаторов солнечного излучения на основе высокоэффективных светодиодов, имеющих значительные преимущества перед традиционными источниками. В числе основных задач при создании светодиодного имитатора солнечного излучения, адаптированного для наземной отработки космических аппаратов, находится разработка высокоэффективной и, в то же время, компактной оптической системы, суммирующей с минимальными потерями излучение множества отдельных светодиодов светодиодной матрицы по спектру, углу и площади в однородное световое поле. В статье проанализированы результаты математического моделирования светового источника светодиодного имитатора солнечного излучения на примере нескольких моделей с различным числом светодиодов, как без оптических элементов, так и с различными первичными оптическими элементами. Из результатов следует, что светодиодный имитатор солнечного излучения обязательно должен иметь, как минимум, первичную оптическую систему. Определено влияние количества, типа и размера первичных оптических элементов в матрице на характеристики светового потока. Совместное применение первичной и вторичной оптических систем приводит к дальнейшему повышению световых характеристик светодиодного имитатора солнечного излучения, но ценой некоторого снижения общей эффективности. В целом характеристики смоделированного светового источника соответствуют или вплотную приближаются к требуемым, что говорит о принципиальной возможности создания имитатора солнечного излучения на основе светодиодных источников для наземной отработки космических аппаратов.

Ключевые слова

космический аппарат, наземная отработка, термовакуумные испытания, имитатор солнечного излучения, оптическая система, светоизлучающий диод

Список литературы

[1] Крат С. А., Христич В. В. Тепловакуумная отработка КА: развитие современных тенденций // Вестник СибГАУ. 2010. Вып. 4 (30). С. 126–129.

[2] Асланян Р. О., Анисимов Д. И., Марченко И. А., Пантелеев В. И. Имитаторы солнечного излучения для термовакуумных испытаний космического аппарата // Сибирский журнал науки и технологий. 2017. Т. 18. № 2. С. 323–327.

[3] ГОСТ Р МЭК 60904-9-2016. Приборы фотоэлектрические. Часть 9. Требования к характеристикам имитаторов солнечного излучения. M. : Стандартинформ, 2017. 12 с.

[4] Reynolds K. LED-based sun-simulator design: technical and commercial considerations // Photonics Spectra, March 2015. pp. 54-58.

[5] Двирный Г. В., Шевчук А. А., Двирный В. В., Елфимова М. В., Крушенко Г. Г. Анализ возможности создания имитатора солнечного излучения на основе светодиодных источников для наземной отработки космических аппаратов // Сибирский журнал науки и технологий. 2018. Т. 19. № 2. С. 271–280.

[6] Асланян Р. О., Марченко И. А., Анисимов Д. И. и др. Разработка компактных источников излучения солнечного спектра // Материалы XX Междунар. науч. конференции «Решетневские чтения» / АО «ИСС» им. акад. М. Ф. Решетнёва. Красноярск, 2016. С. 436–437.

[7] Plita F. Optical design of a fully LED-based solar simulator. PhD thesis. Loughborough, Loughborough University, July 2015. 186 p.

[8] Байнева И. И., Байнев В. В. Оптические системы для светодиодов // Фотоника. 2016. № 2. С. 84–93.

[9] Chen J.-J., Wang T.-Y., Huang K.-L., Liu T.-S., Tsai M.-D., Lin C.-T. Freeform lens design for LED illumination // Optics Express, May, 2012, vol. 20, no. 10, pp. 10984-10995.

[10] Моисеев М. А., Борисова К. В., Бызов Е. В., Досколович Л. Л. Оптимизационный метод для расчета TIR оптических элементов, включающий процедуру быстрой трассировки лучей // Компьютерная оптика. 2013. Т. 37. № 1. С. 51–58.

[11] Андреева К. В., Моисеев М. А., Кравченко С. В., Досколович Л. Л. Метод расчета оптических элементов с поверхностью свободной формы, работающих по принципу полного внутреннего отражения // Компьютерная оптика. 2016. Т. 40. № 4. С. 467-474.

[12] Досколович Л. Л., Борисова К. В., Моисеев М. А. Расчет зеркала для формирования заданного непрерывного распределения освещенности на основе метода согласованных квадрик // Компьютерная оптика. 2015. Т. 39. № 3. С. 347-356.

[13] Байнева И. И. Моделирование световых приборов в программном комплексе TRACEPRO // Материалы XIII Всеросс. науч.-техн. конф. «Проблемы и перспективы развития отечественной светотехники, электротехники и энергетики» / АУ «Технопарк Мордовия». 2017. С. 202-208.

[14] Hecht E. Optics (5th Edition). Harlow, Pearson Education, 2017. 729 p.

[15] Vu N. H., Pham T. T., Shin S. LED uniform illumination using double linear fresnel lenses for energy saving // Energies, 2017, no. 10 (12), 2017. pp. 1-15. doi:10.3390/en10122091

[16] Dickey F. M., Holswade S. C., Shealy D. L. Laser Beam Shaping Applications. CRC Press, Taylor & Francis Group, 2005. 376 с.

Цитирование данной статьи

Шевчук А.А., Двирный Г.В., Крушенко Г.Г., Двирный В.В., Елфимова М.В. Оптическая система перспективного светодиодного имитатора солнечного излучения для наземной отработки космических аппаратов // Космические аппараты и технологии. 2019. Т. 3. № 1. С. 28-40. doi: 10.26732/2618-7957-2019-1-28-40

Данная статья лицензирована по лицензии Creative Commons «Attribution-NonCommercial» («Атрибуция — Некоммерческое использование») 4.0 Всемирная.