Том 20, № 1 (2019)

Представлены особенности и возможности дистанционного зондирования земных покровов с помощью сигналов навигационных спутников. Описаны методы рефлектометрии поверхностей земных покровов и радиопросвечивания лесного полога. Рассмотрены варианты использования сигналов систем ГЛОНАСС, GPS. Проведены тестовые измерения интерференционных диаграмм на 5 тестовых площадках от гетероген- ных почвенных поверхностей: солончаки и асфальт, водные поверхности соленых и пресных водоемов в летний период, включая ледовое покрытие малой толщины в период осеннего ледостава. Методом радиопросвечива- ния получены данные о пространственно-временных характеристиках ослабленных сигналов спутников ГЛО- НАСС и GPS в сосновом лесу. Сделаны оценки значений коэффициентов погонного ослабления проходящих че- рез лесной полог сигналов с координатной привязкой. Полученные результаты являются основой развития ме- тодов и технологий непрерывного мониторинга характеристик и состояния земных покровов с использовани- ем сигналов навигационных спутников для решения широкого спектра прикладных задач.

Многие совокупности субъектов и объектов в биологии, промышленности, управлении можно условно раз- делить на ряд классов, каждому из которых соответствует определенная компонента смеси распределения. При анализе смеси распределений необходима оценка ее параметров (задача 1) и оценка соответствия эмпи- рической и теоретической функций распределения (задача 2). Для решения первой задачи обычно применяют численные алгоритмы, реализующие метод моментов и ме- тод максимального правдоподобия. В работе задача оценки параметров распределения решается минимиза- цией критерия согласия квазиньютоновским методом. Вторая задача решается сравнением эмпирической и теоретической функций распределения одним или не- сколькими статистическими критериями согласия. Статистика распределения этих критериев зависит от объема выборки, способа формирования данных и оценки параметров распределения. В работе рассматрива- ются критерии согласия Фроцини и омега-квадрат (Крамера - Мизеса - Смирнова). Оценка статистики критериев согласия проводилась методом имитационного моделирования по результатам 50000 статистиче- ских испытаний. В каждом из испытаний параметры распределения оценивались минимизацией расчетного значения соответствующего критерия согласия. Результаты имитационного моделирования позволяют оценить статистику параметров смеси распределений. Представлены результаты решения рассмотренных задач для смеси двух нормальных распределений объемом 240.

Неотъемлемой составляющей практически всех космических миссий являются транспортные операции, обеспечивающие изменение орбиты космического аппарата или перевод его на отлетную траекторию. Повы- шающиеся требования к эффективности транспортировки космических аппаратов формируют потребность в поиске возможных способов ее увеличения и оценке характеристик, сопутствующих предлагаемым способам. Применяемые в настоящее время разгонные блоки и межорбитальные буксиры, как правило, используют маршевый двигатель на химическом топливе, хотя все чаще встречаются решения с применением электрора- кетного двигателя. Благодаря высокой скорости истечения рабочего тела, значительно превышающей ско- рость истечения продуктов горения в химическом двигателе, эффективность использования массы вещества электроракетным двигателем значительно превышает этот показатель для химического двигателя. Однако малая тяга, обеспечиваемая электроракетным двигателем, приводит к высокой длительности транспортной операции и, как следствие, к значительному времени воздействия факторов космического пространства, в частности, радиационного излучения, поэтому применение только электроракетного двигателя не всегда удовлетворяет требованиям к миссии. Одним из перспективных направлений повышения эффективности транспортных операций является ком- бинирование в составе двигательной установки традиционного химического и электроракетного двигателей. Различные аспекты применения подобной комбинированной двигательной установки, состоящей из сол- нечной электроракетной установки и разгонного блока «Фрегат», рассматривались, например, в рамках НИР «Двина ТМ». В отличие от химического двигателя, в котором энергия высвобождается из химических связей, энергия для ускорения рабочего тела электроракетным двигателем подводится извне. Наибольшее распространение в качестве источника энергии на околоземных орбитах, где величина солнечного излучения достаточна для удовлетворения потребностей космического аппарата в энергии, получили солнечные батареи. Солнечные батареи чувствительны к радиации, в их внутренней структуре накапливаются повреждения и их характери- стики деградируют, поэтому существует потребность в учете накопленной за время выполнения транспорт- ной операции радиационной дозы и оценке снижения эффективности солнечных элементов. Неравномерная интенсивность облучения в сформированных магнитным полем Земли радиационных поясах (пояса Ван Аллена) может быть учтена, если проводить оценку интенсивности радиации в точках траектории выполнения маневра с использованием модели радиационных поясов Земли. В работе предлагается метод, позволяющий учесть воздействие ионизирующего излучения на деградацию солнечных батарей при выполнении транспортной операции с использованием комбинированной двигательной установки на основе ЖРД и ЭРДУ с учетом выбранной траектории и модели радиационного пояса Земли.

Разработана математическая модель теплового состояния бортового радиоэлектронного оборудования летательного аппарата, описывающая теплообмен корпуса бортового оборудования с сотовой конструкцией из углепластикового композита, процесс теплопередачи элементов бортового оборудования и воздушной среды. Рассматриваемый процесс переноса тепла в неоднородной среде описывается краевой задачей для уравнения теплопроводности с граничными условиями третьего рода. Для решения прямой задачи теплового состояния сотовой конструкции корпуса бортового оборудования использован метод Монте-Карло на основе вероятностного представления решения в виде математического ожидания функционала от диффузионного процесса. Обратная задачи теплообмена сотовой конструкции решена путем минимизации функции взвешен- ной суммы квадратов невязок с помощью итерационного стохастического квазиградиентного алгоритма. Разработанная математическая модель теплового состояния бортового оборудования в негерметизирован- ном отсеке была применена для оптимизации температуры и расхода воздуха системы обеспечения теплового режима продуваемого бортового оборудования в негерметизированном отсеке летательного аппарата.

Представлена методика синтеза цифрового регулятора для канала преобразования энергии солнечной ба- тареи в системе электропитания космического аппарата, основанная на исходной функциональной схеме им- пульсного преобразователя и методе коммутационных разрывных функций. В соответствии с методикой, формально представленной в виде восьми последовательно выполняемых пунктов, в базисе коммутационных функций разработана структурная схема шунтового преобразователя, который взят в качестве примера для проверки методики. Шунтовой преобразователь является одним из трех каналов преобразования энергии в современных системах электропитания космических аппаратов. Структурная схема показала, что все нелинейности системы можно свести к нелинейностям двух звеньев умножения и нелинейности широтно- импульсного модулятора. Показана возможность и допустимость совместной линеаризации каждого из указанных нелинейных звеньев умножителей с широтно-импульсным модулятором в выбранной рабочей точке. Получена линеаризованная структурная схема объекта управления, после чего проведено преобразо- вание и упрощение структурной схемы к удобному для расчета виду. По передаточным функциям линеари- зованной структурной схемы аналитически рассчитаны логарифмические частотные характеристики и приведены результаты их сравнения с частотными характеристиками, снятыми экспериментально на имитационной модели, которые подтвердили их идентичность в рабочей частотной области. При этом указанная имитационная модель шунтового импульсного преобразователя, построенная в пакете Simulink среды проектирования Matlab, учитывала все упомянутые нелинейности реального преобразовате- ля. По полученным логарифмическим характеристикам произведен классический синтез аналогового корректирующего звена прототипа. Показан переход от аналогового корректирующего звена прототипа к реализации цифрового корректирующего звена. Имитационное моделирование замкнутой системы элек- тропитания с синтезированным аналоговым регулятором в режиме ее работы от солнечной батареи подтвердило правильность методики и достижение поставленных целей. Результаты работы предназна- чены для создания новой бортовой энергопреобразующей аппаратуры систем электропитания перспек- тивных космических аппаратов. Областью применения результатов проекта является космическое при- боростроение.

Спектры сечения неупругого рассеяния электронов силицида FeSi рассчитаны из экспериментальных спек- тров характеристических потерь энергии отраженных электронов как зависимости произведения средней длины неупругого пробега и дифференциального сечения неупругого рассеяния электронов от потерь энергии электронов. Для исследования спектров сечения неупругого рассеяния электронов применен факторный анализ. Этот метод позволил разделить вклады поверхностной и объемной природы в спектры, количественно их оценить и определить энергию объемного плазмона более точно по сравнению с традиционным методом спектроскопии потерь энергии отраженных электронов. Спектры сечения неупругого рассеяния электронов (Kλ-спектры) представляют собой произведения сред- ней длины неупругого пробега электронов λ и дифференциального сечения неупругого рассеяния K(E0, E0 - E), где E0 и E - энергии первичных и отраженных электронов, соответственно. Преимущество спектроскопии сечения неупругого рассеяния электронов заключается в том, что, в отличие от спектров характеристиче- ских потерь энергии отраженных электронов, в Kλ-спектрах исключены потери на многократные возбужде- ния, а интенсивности определяются в абсолютных единицах. Эти спектры также более чувствительны к изменению энергии первичных электронов и угла эмиссии. Спектроскопия сечения неупругого рассеяния элек- тронов позволяет определять элементный состав со значительно большей точностью, чем традиционный метод спектроскопии потерь энергии отраженных электронов. В данной работе для исследования спектров сечения неупругого рассеяния электронов силицида FeSi приме- нен факторный анализ. Этот метод позволил решить актуальную задачу разделения спектров на вклады раз- ной природы, количественно их оценить и определить энергии объемного плазмона более точно по сравнению с традиционными методами. Исследование процессов потерь энергии электронов путем выделения из спек- тров сечения неупругого рассеяния вкладов разной природы является одной из актуальных задач электронной спектроскопии, которая может быть использована для оценки влияния поверхностных возбуждений на спек- тры характеристических потерь энергии электронов, рентгеновские фотоэлектронные спектры и Оже- электронные спектры.

Висмут замещенные ферриты-гранаты обладают магнитооптическими (МО) свойствами и применяются в качестве пространственных модуляторов света, индикаторов. В работе исследуется влияние магнитного и электрического полей на структурные характеристики тонких эпитаксиальных пленок висмут-неодимового феррита-граната (Bi:NIG), нанесенных на подложки из стекла и галлий-гадолиниевого граната (GGG). Рассматриваются динамические свойства поляризации, релаксация в магнитном и электрическом полях, что является важной задачей для детального понимания механизмов электромагнитных явлений в твердых телах. Получены зависимости коэффициента магнитострикции от магнитного поля и величины относительного изменения длины пленки от электрического поля при разных температурах. Найдена смена знака констант магнитострикции по температуре. Определена электрическая поляризация в периодически прикладываемом электрическом поле 400 В/см с частотой 10 мГц при различных ориентациях магнитного поля величиной 12 kOe и в отсутствии магнитного поля. Обнаружена анизотропия поляризации в магнитном поле и функцио- нальная зависимость релаксации поляризации от времени. Данные материалы могут использоваться в качест- ве сенсоров магнитного поля в космических аппаратах.