Альтернатива спутниковым электростатическим акселерометрам

Тезисы доклада
Альтернатива спутниковым электростатическим акселерометрам
Дубовской В.Б., Леонтьев В.И.
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки им. О.Ю.Шмидта Российской академии наук (ИФЗ РАН), г. Москва.


Дубовской Владимир Борисович, к.ф.- м.н., "Почетный работник науки и высоких технологий Российской Федерации", в.н.с., зав сектором, ИФЗ РАН, г. Москва, ул. Большая Грузинская, д. 10, стр.1, dubovskoi@yandex.ru, 8 (499) 254-65-24
Леонтьев Владимир Иванович, к.ф.- м.н., в.н.с., ИФЗ РАН, г.Москва, ул. Большая Грузинская, д. 10, стр.1, dubovskoi@yandex.ru, 8 (499) 254-65-24

Ключевые слова: спутниковые акселерометры, аттестация спутниковых акселерометров, шумовые характеристики акселерометров

Создание акселерометрической аппаратуры с разрешением 10-10 - 10-13g находится на грани технических возможностей приборостроения и требует использования современного научно-технического потенциала в области материаловедения, электроники, конструкторских решений, систем стабилизации физических параметров приборов, программного обеспечения, метрологии и т.д.
Серийно выпускаемые акселерометры, выполненные по МЭМС технологии (Q-flex и Si-flex) (микроэлектронная механическая система), имеют чувствительность на четыре-пять порядков ниже требуемой.
Лучшие зарубежные разработки спутниковых акселерометров построены по схеме левитационного электростатического подвеса пробной массы.
Нами был выбран альтернативный подход к построению высокочувствительных акселерометров, требующий существенно меньших затрат, с использованием торсионного подвеса пробного тела (инерционной массы) датчика ускорений и магнитоэлектрической обратной связью. Такой подход применялся в спутниковых акселерометрах типа ИМУ (измеритель микроускорений, совместная разработка ИФЗ РАН и ЦНИИМаш), используемых на орбитальных станциях «Салют», «Мир», МКС, и в наземных приборах: гравиметрах ГАГ-3М, наклономерах, микронивелирах, скважинных инклинометрах.
Торсионный подвес пробного тела имеет предельно малую упругость на изгиб и фактически является виртуальным. В то же время он обеспечивает строгое задание осей чувствительности прибора и возможность полноценных наземных испытаний (в отличие от левитационных приборов). Специальные ограничители движения маятника, позволяют сохранять работоспособность прибора после действия больших перегрузок во время выведения на орбиту. Как показали проведенные наземные испытания, прибор выдерживает ударные перегрузки до 20 g и более.
В докладе приводится три метода аттестации спутниковых акселерометров:
1 - путем задания крутильных колебаний прибора с уравновешенным маятником;
2 - методом наклона в наземных условиях с использованием наклономерной установки (УЭГП);
3 - с помощью гравитационных возмущений, задаваемыми пробными массами в условиях невесомости.
Шумовые характеристики акселерометров в наземных условиях можно достоверно оценить по разностному сигналу двух и более акселерометров с максимально близкими амплитудно-частотными характеристиками.
В докладе приведен разностный сигнал двух акселерометров торсионного типа, установленных на антисейсмической платформе, с собственными шумами не более 1 - 2•10-10g в диапазоне частот 0,1 - 0,005Гц.
Оценка возможностей предлагаемой разработки спутникового акселерометра с торсионной подвеской, лазерным датчиком перемещения и магнитоэлектрической обратной связью показывает, что в рамках предложенной методики реализации возможно снижение погрешностей маятниковых спутниковых акселерометров на торсионном подвесе до уровня зарубежных электростатических спутниковых акселерометров (Star, Super Star, использованных как ключевой инструмент в проектах CHAMP и GRACE) за счет увеличения отношения пробной массы к упругому моменту торсионного подвеса маятника, в пределе приближаясь к разрешению гравиградиентометра проекта GOCE.