Исследование статики и динамики при точной юстировке длиннофокусной системы фотоаппарат-спутник для условий невесомости тема автореферата и диссертации по механике, 01.02.06 ВАК РФ

додавши ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ШЩШЙ шшгат (ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ)

На правах рукописи

КАСЬЯНОВ АЛЕКСАНДР ИОСИФОВИЧ

ИССЛЕДОВАНИЕ СТАТИКИ И ДИНАМИКИ ПРИ ТОЧНОЙ ВОТИРОВКЕ Д/ТИННОФОКУСНОИ СИСТЕМЫ СОТО АППАРАТ-СПУТНИК для УСЛОВИЙ НЕВЕСОМОСТИ

О$.02.Об - Динамика и прочность мавин, приборов и аппаратуры

05.11.07 - Оптические и оптико-электронные приборы

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание цченой степени кандидата технических надк

Москва - 1994

Работа выполнена в ЦКБ ГОСУДАРСТВЕННОГО ПРЕДПРИЯТИИ "Прозводственное объединение Красногорский завод имени С.А.Зверева"

Научный руководитель - доктор технических наук.

профессор Самойлов Е.А.

Научный консультант - кандидат технических наук

Рабункин В.В.

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор Сабодам П.Ф.

кандидат технических наук Нейтин В,А.

Ведущая организация - Центральное Специализированное Конструкторское Бюро, г.Самара

Защита состоится ММ" 199^7 в 15 час. на заседании

специализированного совета Д 053.18,07 при Московском государственном авиационном институте по адресу: г. Москва, Волоколамское «., д. 4, МАИ, Зал заседаний Ученого Совета.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке КАИ.

Автореферат разослан " Л " 1994г.

Ученый секретарь специализированного совета Д 053.18.07 при МАИ кандидат технических наук, доцент Зайцев В.Н.

- з -

ОБЦЙЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ - Актуальность проблема.

Современное развитие длиннофокусной фотоаппаратуры для дистанционного зондирования поверхности Земли из космоса все более отходит от классической схемы построения фотоаппаратуры на основе жестких корпусов, когда взаимное положение (угловое и линейное) объектива и фокальной плоскости (фотопленки) практически остается неизменным. Возросмие габариты объективов, Фотоаппаратура и ограничения по пассе заставили конструкторов заняться созданием космической фотоаппаратуры на базе тонкостенного корпуса малой «есткости по объединенной со спутником кон-" структивно силовой схеме. Такая фотоаппаратура, с одной стороны, позволяет уменыить общую массу спутника, выводимого на орбиту, а с другой ^стороны, ставит перед конструктором фотоаппаратуры сложные технические проблемы по обеспечении с высокой точность® 0,01 мм взаимного положе-'ния плоскости наилучиего изображения (ПНИ) объектива и фотопленки на 'таком тонкостенном корпусе малой жесткости как в наземных условиях, так и в условиях космического пространства, поскольку возникают деформации от воздействия различного вида статических и динамических нагрузок, влияпцих на линейное перемещение вдоль оптической оси фотоаппаратуры от изменения длины корпуса, угловое перемещение (перекос) между ПНИ объектива и фотопленкой в основном из-за изгиба оси тонкостенного корпуса и точность фокусировки. Для сохранения точной юстировки фотоаппаратуры в условиях невесомости зти перемещения должны быть в допустимых пределах уменьшены или скомпенсированы.

В настоящее время известна и практически применяется система автоматической фокусировки объектива (МО), позволяющая в условиях эксплуатации скомпенсировать только линейное перемещение вдоль оптической оси фотоаппаратуры за счет подвижки узла фокальной плоскости (фотопленки) или оптического элемента (лю&ы) объектива. Вместе с тем возникающий перекос от угловых перемещений между ПНИ объектива и фотопленкой ничем не компенсируется, что приводит к существенному снижению качества фотоснимков, получаемых из космоса.

Решение проблемы компенсации возникающих перекосов ( угловых перемещений ) от воздействия различного вида статических и динамических нагрузок на тонкостенный корпус малой жесткости и обеспечение в условиях орбитального полета при невесомости точной фокусировки фотоаппаратуры является в настоящее время новой, наиболее сложной и актуальной задачей, а потому требует своего детального решения и рассмотрения, поскольку в любом случае всегда следует обеспечить достижимую максимальную разрешающую способность фотоснимков и оправдать тем самым использование дорогой и сложной космической фотоаппаратуры.

Благодаря работам авторов Волосова Д.С., Гоголева Ю.А.,

Лебедевой Г.И., Рябужина Ю.В.. Герасимова Е.Н., Некрасова В.В.. Павлина В.В.. Сучкова А.й., Рязанцева В.П., Яременко И.В.. Кобозева Е.К., Осипова В.И., Герасименко В.В., Шкитина А.Д., Впачинско-го В.Н., Воскресенского Л.П.. Григорьева В.В. и др.. за последние годи накоплен большой экспериментальный, теоретический и производственный материал по конструированию и совершенствовании космической фотоап-паратаруты специального назначения, работающей в невесомости. Однако до сего времени определение с высокой точностью и компенсации угловых перемещений, влиящих на точную юстировку фотоаппаратуры и перекос между ПНИ объектива и фотопленкой, требуют своего реиения.

Целью работы являются исследования влияния угловых перемещений (перекосов). возникающих от статических и динамических нагрузок, на фокусировку длиннофокусной системы фотоаппарат-спутник, обеспечение компенсации этих перекосов для достижения точной фокусировки в условии невесомости для получения высокоинфорнативных фотоснимков из космоса и создание новых конструктивно силовых схем построения перспективной фотоаппаратуры с системой автоматической компенсации перекосов.

Основные задачи.

Для длиннофокусной фотоаппаратуры, построенной на базе тонкостенного корпуса малой гесткости, необходимо сохранение взаимного расположения узлов с угловым отклонением не более 10"и обеспечение высокоточных размеров ( рабочего отрезка 1 при юстировке с отклонением не более 0,01 мм при переходе от наземных условий к условиям штатной эксплуатации при орбитальном полете. Теоретические исследования не позволяет определить линейные и угловые перемещения с указанной выше точностью. Эти перемещения можно определить экспериментально с помощью высокоточной измерительной аппаратуры и фотографических средств самой фотоаппаратуры с точностью не низе 0,01 км. Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

1. Провести экспериментальные исследования по определении с высокой точностью линейных и угловых перемещений элементов конструкции щш различных видах нагруаения ( температурного, гравитационного, избыточного давления и др.);

2. На основе исследований разработать методики экспериментального определения перемещений с высокой точностью;

3. Разработать методики и приближенные аналитические соотношения для оценки этих перемещений и наметить пути их компенсации в процессе юстировки фотоаппаратуры;

4. На основе экспериментальных и теоретических исследований разработать метод компенсации угловых перемещений (перекосов), влияющих на точную фокусировку при переходе из наземных условий к условиям «татной эксплуатации на орбите;

5. Представить к разработке новые конструктивно силовые схемы пер-

спективной фотоаппаратуры с системой АПУ для автоматической компенсации возникающих перекосов:

6. Провести исследования по определению влияния вибрац« на динамическую прочность, деформации конструкции и точную лабораторную фокусировку фотоаппаратуры:

7. Проверить совпадение полученных в наземных условиях результатов юстировки фотоаппаратуры с результата»« втатной эксплуатации дешифровкой фотоснимков из космоса.

Научная новизна.

1. На основе экспериментальных исследований разработан оригинальный метод компенсации угловых перемевений тонкостенного корпуса при переходе от наземных условий к невесомости при орбитальном полете в процессе лабораторной юстировки фотоаппаратуры.

2. Разработан вновь и исследован экспериментально метод имитации угловых перемещений от воздействия сил гравитации в условии невесомости, зафиксированных при наземной фокусировке фотоаппаратуры, с помощью компенсатора.

3. Предложены новые методики экспериментального определения с высокой точностью линейных и угловых перемещений корпусной части фотоаппаратуры для различных видов нагру*ения ( гравитационного, избыточного давления, температурного,массового и др.) и их компенсации в процессе точной юстировки фотоаппаратуры для условий орбитального полета.

4. Проведен с помощью фотографических средств самой аппаратуры комплекс экспериментальных исследований по определении с высокой точностью 0,01 мм линейных и угловых перемещений элементов конструкции после различных видов динамического нагрухения на активном участке цри выведении на орбиту и влияния их на точную юстировку фотоаппаратуры при невесомости.

5. Для условий невесомости предложены конструктивно силовые схемы перспективной фотоаппаратуры с 'системой автоматического поддержания угла (АЛЮ, обеспечивающей автоматическую компенсации перекосов от деформаций при воздействии статических и динамических нагрузок для уверенного получения высокоинформативных фотоснимков из космоса.

Достоверность результатов и выводов подтверждается экспериментальными исследованиями, совпадением расчетов и данных фокусировки длиннофокусной фотоаппаратуры при проведении наземных работ с результатами дешифровки высокоинформативных фотоснимков, полученных в условиях невесомости при орбитальном полете.

Практическая ценность результатов работы заключается в:

- обобщении накопленного опыта проектирования семейства длиннофокусной фотоаппаратуры, предназначенной для дистанциоиюго зондирования поверхности Земли из космоса:

- создании метода юстировки фотоаппарата-спутника, позволяющего в

наземных условиях компенсировать с высокой точностью линейные и угловые перемещения тонкостенного корпуса малой кесткости от воздействия статических нагрузок при переходе от наземных условий к невесомости, и тем самым в условиях орбитального полета обеспечить юстировку фотоаппаратуры, необходимую для получения высокоинформативных фотоснимков;

- разработке новых методик экспериментального определения с высокой точностью линейных и угловых перемещений элементов конструкции системы фотоаппарат-спутник для различных случаев нагрухения I температурного, избыточного давления, массового и др.) и их компенсация в процессе юстировки фотоаппаратуры;

- рекомендациях по реализации конструктивно силовых схем построения длиннофокусной фотоаппаратуры нового поколения с использованием системы А1Ш для автоматического устранения перекосов мевду ПНИ объектива и фотопленкой для обеспечения точной фокусировки в условиях невесомости;

- разработке метода оценки точной юстировки, линейных и угловых перемещений с помощью фотографических средств самой фотоаппаратуры после различных видов динамического нагружения на активном участке при выведении на орбиту.

Реализация работы. Полученные результаты обеспечения точной юсти-

ровки длиннофокусной системы фотоаппарат-спутник наши практическое применение в конструкторских разработках при изготовлении, наземных испытаниях и »татной эксплуатации фотоаппаратуры на предприятиях "Производственное объединение Красногорский завод им. С.А.Зверева". Центральное специализированное конструкторское бюро. Национальные средства контроля оснащены и постоянно пополняются длиннофокусной фотоаппаратурой. обеспечивающей дистанционное зондирование поверхности Земли из космоса.

• Апробация работы. Основные результаты работы докладываюсь и обсуждались на техническом совете при защите технических проектов фотоаппаратуры, предназначенной для дистанционного зондирования поверхности Земли из космоса, на ГШ КЗ ( г.Красногорск, 1967, 1968, 1969, 1970, 1971, 1975, 1979. 1981 гг.).

Публикации. Основное содержание работы опубликовано в 2-х статьях. По результатам проведенных исследований получено 6 авторских свидетельств на изобретения.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 5-и глав, 42 рисунков, 9 таблиц, заключения и списка литературы из 31 наименования. Обций объем диссертационной работы 152 страницы.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ

В введении раскрыта актуальность и важность экспериментальных исследований по компенсации перекосов между ПНИ объектива и фотопленкой, возникающих от статических и динамических нагрузок, для обеспечения точ-

- ч -

ной фокусировки фотоаппаратуры в условиях невесомости. поставлена цель диссертационной работы, представлены положения, выносимые на защиту, ■приведена краткая аннотация работы.

В первой главе дан анализ конструктивно силовых схем отечественной длиннофокусной фотоаппаратуры для дистанционного зондирования поверхности Земли из косаоса. Рассмотрена схемы длиннофокусной фотоаппаратуры, "размещаемой внутри ИСЗ. Фотоаппаратура строится на базе весткой, литейной камерной части, когда объектив и кассета крепятся на ней неподвижно. Фотоаппаратура размечет в малом объеме, а потому ее конструкция подчинена условиям компоновки. Автором разработана инженерная методика расчета величина расфокусировки фотоаппаратуры при воздействии температурной нагрузки и параметров элементов конструкции, обеспечивающих компенсацию этой расфокусировки и совпадение ГШ объектива с фокальной плоскостью в рабочем интервале температур. Показана большая эффективность применения этой методики при создании нерассграиващейся фотоаппаратуры для конкретных конструктивных и оптических схем.

Величина расфокусировки .¿.Я' .от воздействия переменного температурного режима отражена на графиках 1, 2 (рис.1), построенных по результатам лабораторных испытаний двух фотоаппаратов, выполненных по одной и той же конструктивно силовой схеме. Первый фотоаппарат (график 1) разрабатывался без определения параметров компенсационных элементов. При конструировании второго фотоаппарата (график 2) использовалась методика расчета величины расфокусировки и параметров элементов, обеспечивающих ее компенсации, при этом, как видно из анализа графиков, в процессе экспериментальных исследований расфокусировка второго фотоаппарата практически отсутствует,а у первого выходит за допустимые пределы ( глубину изображения ). Выявлены достоинства и недостатки конструктивно силовой схрии размещения фотоаппаратуры вне ИСЗ. Зто направление в компоновке со спутником находит дальнейэее развитие при создании панорамной фотоаппаратуры, телескопов, и т.п. применительно к конкретно поставленной задаче. Откечается, что дальнейзее развитие длиннофокусной фотоаппаратуры сдерживается из-за ее больвих массо-габаритных характеристик если следовать традиционным путем.

Линейное разрешение на местности определяется из соотношения Н

Ь ш!п = - ,

2-VI

где Н - высота фотографирования,

Й<р - разреиаадая способность фотоснимков, Г - фоусное расстояние аппарата.

Отсвда следует, что для осуществления детального и сверхдетального наблвдения из космоса необходимо увеличивать фокусное расстояние фотоаппаратуры и повывать разреващув способность фотоснимков. Возрос-

- g -

Рис.1. Зависимость расфокусировки от воздействия температуры

сие требования к разревавдей способности фотоснимков, полученных из космоса, диктуют необходимость поиска новых направлений в создании длиннофокусных объективов с псвшаеннши оптическими характеристиками, а также создание на их базе фотографических систем с высокими информационными свойствами

Проведен анализ принципиально нового направления в построении длиннофокусной фотоаппаратуры по объединенной с Ю конструктивно саповой схеме при наличии неподвижного крепления узлов фотоаппаратуры к тонкостенному корпусу «алой жесткости.

Конструктивно силовая схека построения такой фотоаппаратуры представлена на рис.2. На рис.2 обозначены: 1 - тонкостенный корпус ИСЗ, 2 - длиннофокусный объектив. 3 - кршгка бленды, 4 - кассета, 5 - спускаемый аппарат ИСЗ. 6 - спускаемые капсулы, 7 - стекло иллюминатора, 8 - герметичный отсек, 9 - фокальная плоскость (фотопленка). Показана больиая практическая перспективность объединенной конструктивно силовой схемы построения длиннофокусной фотоаппаратуры и спутника. Вместе с тем возникает наиболее ваяия техническая проблема по сохранении точной фокусировки фотоаппаратуры в орбитальном полете при невесомости, достигнутой в лабораторных условиях после воздействия статических и динамических нагрузок. Построение длиннофокусной фотоаппаратуры по объединенной с ИСЗ конструктивно силовой схеме снижает обздв массу спутника, так как литейную камерную часть заменяет тонкостенный корпус малой жесткости,что приводит к увеличении деформаций на Земле от воздействия статических нагрузок. Поэтому использование тонкостенного корпуса малой жесткости в качестве камерной части требует принципиально нового подхода к наземной фокусировке крупногабаритной длижофокуснойфотоаппаратуры и ее сохранению в условиях орбитального полета с учетом линейных и угловых перемещений от воздействия Факторов невесомости, избыточного давления и температуры.

Во-второй главе исследуются факторы, влиявшие в условиях эксплуатации на взаимное положение »ПНИ объектива и фотопленки, с тем, чтобы правильно оценить возникающие угловых перемещений, определить их величину и характер возможного влияния в выбранной конструктивно силовой схеме построения фотоаппаратуры, наметить пути их компенсации для обеспечения точной фокусировки при орбитальном полете в невесомости. Определены основные факторы ( избыточное давление, невесомость, гравитация, погрешность работы исполнительного механизма юстировки, температурное поле, вакуум ), вызывайте угловые перемещения (перекосы) тонкостенного корпуса между ПНИ объектива и фотопленкой, которые необходимо компенсировать при наземной фокусировке длиннофокусной фотоаппаратуры.

Использована работа 3.0 Нейла для исследования и оценки Факторов, приводящих к снижении разрешащей способности фотоаппаратуры при наличии расфокусировок в оптической системе. Показано, что в условиях экс-

гао.2. Построение дашннодюкусной фотоаппаратуры по объединенной с ИСЗ принципиальной схеме

- и —

плуатации лабораторная фокусировка л Б'лаб. не остается постоянной. Под воздействием условий эксплуатации и факторов космического пространства С температурный перепад, избыточное давление, вакуум, невесомость) фокусировка изменяется на величину дополнительной линейной расфокусировки д 51 доп. Одновременно может возникнуть дополнительный перекос между ПНИ объектива и фотопленкой и вызвать расфокусировку от пере-'коса д 5' пер. Тогда расфокусировка фотоаппаратуры при эксплуатации имеет следующее выражение:

д5 э - а $'лаб. + д 5 доп. д$ пер.

Отечественная длиннофокусная фотоаппаратура, как правило, имеет систему ЙФО, которая отработает с присущей ей точностью только линейную расфокусировку (д $'лаб.+ л 5'доп. оставляя неизменной расфокусировку от перекоса д 5 пер., при этом влияние перекоса на нерезкость изображения, обусловленное несовпадением ПНИ объектива и фокальной плоскости, определяется из соотношения:

г- у

61 =-. где

По

<3^ - нерезкость изображения фотоснмка (диаметр кружка нерезкости),

п0 - относительное отверстие объектива, - угол перекоса,

г-^ - д Б пер. - расфокусировка от перекоса для соответст-вущей точки фотоснимка.

Для устранения этой нерезкости необходимо тщательное совмещение ПНИ объектива с расчетным положением фокальной плоскости уже в наземных условиях при фокусировке фотоаппаратуры.

Что касается величины расфокусировки от перекоса д 5'пер.,то она будет зависеть в основном от следунэдх погрекнсстей:

а) перекос от механической нестабильности тонкостенного корпуса (влияние механической сборки, изменение характеристик материала и т.д.);

б) перекос тонкостенного кррпуса из-за неравномерности распределения температур по его длине и периметру;

в ) перекос тонкостенного корпуса от воздействия избыточного давления в герметичной части корпуса при нахождении фотоаппаратуры в вакууме после выведения на орбиту:

г) перекос тонкостенного корпуса при переходе в невесомость, на Земле корпус испытывал влияние сил гравитации;

д) перекос посадочного фланца объектива под воздействием сил гравитации;

е) перекос Фокальной плоскости фотоаппаратуры от воздействия сил гравитаций на Земле при переходе к невесомости з орбитальном полете.

Отмечается, что для сохранения точной юстировки фотоаппаратуры в условиях невесомости при наличии такого количества логреяностей необ-

ходима оценка их влияния и характер воздействия на величину перекоса, а также разработка методов и приемов по их компенсации. Разработан впервые графо-аналитический метод определения параметров компенсационного элемента (котировочного кольца). Даны теоретико-экспериментальные зависимости, с помомцьв которых мокло рассчитать параметры подрезанного встировочного кольца ( минимальная £ вш и максимальная ,

£ пах высота, угол клиновидное™ ^ , угол полевения главного сечения клина ^ ): . :

Стш = ) , -(Хо-Ц-1^),

о"

где £с - заготовка встировочного кольца;

- величина подрезки встировочного кольца по оптической оси;

- диаметр встировочного кольца;

- углы клиновидности от технологических допусков и избыточного давления;

Л, - углы положения главного сечения клина от технологических допусков и избыточного давления - фактические величины которых находятся в процессе выполнения технологических операций по юстировке фотоаппаратуры. После подрезки встировочного кольца величина расфокусировки 1 точки фокальной плоскости должна быть равной

где 11, ^ - полярные координаты 1 точки в фокальной плоскости.

Совпадение значений величин расфокусировки, полученных эксперемен-тально, с рассчитанными по этой формуле свидетельствует о правильности проведенной юстировки фотоаппаратуры, а значит и правильности подрезки юстировочного кольца.

Впервые прерожен метод нахождения положения, соответствующего положению фотоаппаратуры в невесомости с учетом угловых перемещений от воздействия статических нагрузок на Зеале. Даш рекомендации для практического использования этого метода при наземной юстировке длиннофокусной фотоаппаратуры. Принципиальные схемы ( а,б,в,г ) для нахождения положения, соответствующего положении в невесомости, представлены на рис. 3. На рис.3 обозначены: 1 - тонкостенный корпус ИСЗ; 2 - объектив; 3,4,5 - контрольные измерительные прибора; 6 - кассета: 7 - юсти-ровочное кольцо.Полохение оси тонкостенного корпуса 1 в пределах

±Д = --

2

Рис.3. Определение поло^екг.я, соответствующего полазенкэ гютоапларатуры в кевэзоностЕ

-т-

соответствует положению в невесомости и оно должно контролироваться и поддергиваться с точность® 5" при фокусировке Фотоаппаратуры по принципиальной схеме (г).

Исследован экспериментально и представлен впервые метод имитации угловых перемещений от воздействия сил гравитации в условиях невесомости на фокальную плоскость, которые имеет место при наземной фокусировке фотоаппаратуры, и тем сашш укенькить в 3 - 5 раза отклонение фокальной плоскости от исходного пояснения. зафиксированного при наземной фокусировке, с поыоцью прузинкого компенсатора.

В третьей главе рассмотрены новые методы оптико-механической юстировки фотоаппаратуры с возможностью компенсации угловых перемещений от воздействия статических нагрузок, вызывавших перекос во взаимном положении ПНИ объектива и фотопленки. Зта задача самая важная и ответственная, так как от того как будет отъюстирована фотоаппаратура в наземных условиях с учетом частичной или полной компенсации угловых перемещений, возникающих от различных факторов эксплуатации, будет зависеть информативность фотоснимков, полученных из космоса при орбитапьнм полете.

Первый метод предусматривает юстировку длиннофокусной фотоаппаратуры с использованием жесткого технологического прибородержателя ( приспособления ), который компенсирует малую жесткость тонкостенного корпуса спутника. В прибородержателе тонкостенный корпус с установленным на него объективом неподвижно Фиксируется в положении, соответствувдему положению в невесомости, которое контролируется измерительными прибора-"ми. Отклонение от первоначального положения тонкостенного корпуса после установки узлов фотоаппаратуры компенсируется за счет изменения положения объектива с помочмо технологических упоров. Рассматриваемый ' метод предусматривает только для наземных работ наличие конструкции прибородержателя больаой жесткости, способного придать тонкостенному корпусу необходимое положение для фокусировки фотоаппаратуры.

Представлен второй метод, который предусматривает установку на тонкостенный корпус малой жесткости узлов фотоаппаратуры ( объектива, кассеты, узла фокальной плоскости ). Контрольные изыерительрые приборы устанавливаются в места не подверженные местным деформациям. Требования к жесткостным характеристикам прибородержателя и тонкостенного корпуса не предъявляются, а отклонение от первоначального положения узлов фотоаппаратуры, зафиксированные для процесса фокусировки, контролируются и компенсируется за счет изменения положения подвижной (не закрепленной) части корпуса.

Проведена сравнительная оценка первого и второго методов юстировки длиннофокусной фотоаппаратуры. Точность поддержания заданного взаимного положения, соответствующего положении при невесомости,, по второму методу в 2-3 раза выие, чем по первому. Показана простата второго метода. Отмечено, что второй метод является в настоящее время основным

при фокусировке длиннофокусной фотоаппаратура, построенной по объединенной конструктивной силовой схеме с ИСЗ, и широко используется ■ в производстве. Дан краткий анализ лабораторной фокусировки и втатной эксплуатации четырех образцов длиннофокусной фотоаппаратуры. Методы фокусировки и данные по разрешающей способности, полученные в лабораторных условиях, совпадают с результатами штатной эксплуатации, что подтверждается высоким качеством фотоснимков, полученных при фотографировании из космоса.

. В четвертой главе дается перспектива построения длиннофокусной фотоаппаратуры по объединенной с ИСЗ конструктивно силовой схеме. Рассмотрен принцип построения длиннофокусной фотоаппаратуры с системой автоматического поддержания угла САБУ) между ГШ объектива и фотопленкой ( фокальной плоскостью). Наличие такой системы позволяет автоматически устранить перекосы между ПШ объектива и фотопленкой от воздействия статических и динамических нагрузок как в наземных условиях, так и в невесомости при орбитальном полете и тем самым создать все предпосылки для получения высокоинформативных фотоснимков из космоса.

Отмечено, что перекоси, влияющие на взаимное положение ПНИ объектива и фотоплеши, компенсируются системой АГО, а потому к тонкостенному корпусу не предъявляется повывенных требований по жесткости, а также исключается при фокустировке фотоаппаратуры нахождение положения, соответствующее положению в невесомости. Показано, что при наличии системы ЙШ, тонкостенный корпус может быть заменен облегченными инварныыи стержнями, более того, они могут быть телескопическими по своей конструкции и в этом случае возможно создать складывающуюся конструкцию длиннофокусной Фотоаппаратуры. Предложен метод фокусировки и юстировки фотоаппаратуры с системой АГШ.

Отмечена его простота и перспективность при дальнейаем совершенствовании существущей длиннофокусной фотоаппаратуры для дистанционного зондирования поверхности Земли йз космоса.

В пятой главе рассмотрены вопросы, связанные с динамическим натру-кением конструкции длиннофокусной системы фотоаппарат-спутник. После выведения на орбиту фотоаппаратура должна сохранять свои параметры, точную юстировку и тем самым обеспечить получение высокоинформативных фотоснимков из космоса.

Проведены экспериментальные исследования способности фотоаппаратуры противостоять разрузающему действию вибрации и на их основе разработан новый метод оценки точной юстировки длиннофокусной системы фотоаппарат-спутник после воздействия на фотоаппаратуру знакопеременных нагрузок на активном участке при выведении на орбиту.

Основа предложенного метода состоит в том, что в наземных экспериментах фотоаппаратура используется по своему прямому назначению и как измерительный оптический инструмент, способный определить положение ПНИ

объектива по отнокеншс к фокальной плоскости кассеты с отклонением не более + 0,01им. Благодаря такому сочетанию удалось значительно упростить в наземных условиях испытания по оценке точной юстировки в длиннофокусной системе фотоаппарат-спутник после выведения на орбиту.

Фотоаппаратура находится в коллиматорном зале в отфокусированном положении на специальном прибородержателе 10 с регулируемой опорой 9, как это показано на рис.4. На тонкостенной корпусной части 1 закреплены объектив 2 с отражателем АФО 3 и кассета 4 с анализатором ЙФО 5. Для контроля обезвевенного состояния ± д установлены оптические и измерительные приборы 6, 7, 8. Термобарические условия коллиматорного зала максимально приближены к эквивалентным условиям эксплуатации фотоаппаратуры на орбите. Длиннофокусный фотоаппарат-спутник находится в итат-ном отфокусированном положении .

Не нарушая исходных данных по фокусировке фотоаппаратуры с нее снимаются отдельные узлы и проводят их испытания на воздействие вибрационных нагрузок. Узел считается выдержавши испытания на вибропрочность, если отсутствуют механические повреждения и параметры, измеренные после воздействия виброперегрузок, находятся в пределах установленных допусков. Затем наступает самый ответственный момент, когда узел после испытаний устанавливается на свое штатное место и контролируется разрешающая способность фотоаппаратуры. Если сопоставляемые результаты по разрешающей способности до и после виброиспытаний не отличаются друг от друга более чем на 1-3 У. , как это представлено на рис.5, то следует, что конструкция фотоаппаратуры выдерживает воздействие вибрационных нагрузок на активном участке при выведении на орбиту и сохраняет точную фокусировки для получения высокоинформативных фотоснимков из космоса.

Полученные высокоинформативные фотоснимки при дистанционном зондировании поверхности Земли из космоса многочисленной ( более 130 образцами ) длиннофокусной системой фотоаппарат-спутник подтверждают правильность, надежность и эффективность предложенного метода оценки точной юстировки фотоаппаратуры после воздействия динамических нагрузок при выведении на орбиту.

Основные выводы и результаты.

Проведенные в диссертационной работе исследования позволяют сформулировать следующие основные выводы и результаты :

1. Проведен комплекс экспериментальных исследований по определению с высокой точностью угловых перемещений тонкостенного корпуса при переходе от наземных условий к невесомости и на их основе разработан оригинальный метод компенсации этих перемещений при имитации взаимного положения узлов фотоаппаратуры для состояния невесомости при орбитальном полете.

2. Разработаны новые методики экспериментального определения с вы-

Рис. 4. Схема положения фотоаппаратуры для оценки динамики конструкции

Рис.5. Графики разрешающей способности (К) аппарата после испытания узлов на вибропрочность

1-/Н перед снятием КС

2-91 после вибрации КС (принимается за исходное перед снятием узла АФО)

3-Й5 после снятия и установки узла АФО (принимается за исходное перед снятием узла АФО}

4после вибрации узла АФО

сокой точностью угловых перемещений тонкостенного корпуса для различных видов погружения (гравитационного, избыточного давления.температурного. массового и пЮ и расчет параметров компенсационного юстиросоч него кольца, позволяющие учесть и скомпенсировать в процессе фокусировки известные по величине и направлению перемещения, влияющие на перекос мевду ПНИ объектива и фотопленкой, для обеспечения точной истиров-'ки фотоаппаратуры при невесомости.

3. На основании экспериментальных исследований предложен метод имитации угловых перемещений от воздействия сил гравитации для условий невесомости на узел фокальной плоскости, которые имеют место при наземной фокусировке фотоаппаратуры, и тем самым уменмить в 3 - 5 раза перемещения узла фокальной плоскости от исходного положения, защксиро-ванного при наземной фокусировке, с помощью пружинного компенсатора. Результаты дешифровки фотоснимков из космоса подтверждают надежность разработанного метода.

4. Разработана инженерная методика для оценки возникающих при воздействии температурной нагрузки линейных перемещений и расфокусировки Фотоаппаратуры. Результаты расчетов компенсирувщих их элементов по приближенным формулам дапт удовлетворительное совпадение с экспериментом.

5. Проведен с помощью фотографических средств самой аппаратуры комплекс экспериментальных исследований по определению с высокой точностью линейных и угловых перемещений элементов конструкции фотоаппаратуры после различных видов динамического нагружения на активном участке при выведении на орбиту и влияния их на точную юстировку фотоаппаратуры при невесомости. Получены количественные результаты, подтвержденные высокоинформативными фотоснимками из космоса.

6. Для условий невесомости предложены конструктивные схемы перспективной фотоаппаратуры, построенной на базе тонкостенного корпуса с системой автоматического поддержания угла ( АПУ ), и проведен их сравнительный анализ.

Система АПУ позволяет автоматически компенсировать перекосы между ПНИ объектива и фотопленкой от воздействия статических и динамических нагрузок для уверенного получения высокоинформативных фотоснимков из космоса.

7. Экспериментальные исследования угловых перемещений и методы обеспечения точной юстировки системы фотоаппарат-спутник при воздействии статических и динамических нагрузок использованы в течении последних 30 лет на государственном предприятии "Производственное объединение Красногорский завод им. С.й.Зверева" при изготовлении длиннофокусной Фотоаппаратуры по объединенной со спутником конструктивно силовой схеме, а положительные результаты эксплуатации более 130 изделий подтверждены совпадением расчетов и данных лабораторной фокусировки с результатами дешифровки получаемых из космоса высокоинформативных фотоснимков.

-ЙО -

ПУБЛИКАЦИИ

1. Касьянов Й.И. Исследование статики и динамики при точной юстировке длиннофокусной системы фотоаппарат-спутник для условий невесомости. Диссертация.

2. Касьянов Й.И. Некоторые направления в развитии длиннофокусной фотоаппаратуры для фотографировали из космоса.

ВОТ. Научно-технический сборник. Серия X. выпуск 122, 1978 г.

3. Касьянов Й.И. Методы фокусировки и юстировки длиннофокусной фотоаппаратуры, построенной по единой констурктивной схеме с ИСЗ. ВОТ. Научно-технический сборник. Серия X, выпуск 119, 1978 г.

4. Касьянов Й.И., Вкитин fl.fi. Способ имитации взаимного положения частей объекта в состоянии невесомости. Авт. свидетельство СССР К 202986.

5. Касьянов Й.И., Рябувкин В.В. Фотоаппарат, йвт. свидетельство СССР N 204112.

6. Касьянов Й.И., Сучков А.А. Фотоаппарат, йвт. свидетельство СССР Н 206919.