Nghiên cứu thiết kế, chế tạo thành công hệ thống thông tin, truyền thông và giám sát hoạt động của tên lửa nghiên cứu

Trong khi vùng khí quyển phía dưới 40 km có thể quan trắc bằng các thiết bị thám sát bề mặt, cao không, khinh khí cầu, vệ tinh, vùng độ cao trên 250 km có thể thám sát bằng vệ tinh thì vùng có độ cao từ 40 đến 200 km quá thấp so với vệ tinh và quá cao so với khinh khí cầu (hình 1). Do đó, tên lửa nghiên cứu (Sounding Rocket) là công cụ duy nhất để đưa payload mang các thiết bị nghiên cứu lên không gian tiến hành các đo đạc và thí nghiệm khoa học ở độ cao từ 40km đến 200km.

Payload của Sounding Rocket được thiết kế để đáp ứng các mục tiêu về khoa học cực kỳ đa dạng. Do đó, mỗi Payload khác nhau nhiều về đặc điểm và yêu cầu thiết kế. Tuy nhiên, phần lớn payload bao gồm các hệ thống nhỏ dưới đây mà yêu cầu có sự sắp xếp hợp lí và hiệu quả trong giai đoạn thiết kế: Hệ thống các thiết bị đo đạc, hệ thống cơ khí, hệ thống lập trình các mốc thời gian, thiết bị khai hoả, hệ thống kết nối tầm xa, hệ thống điều khiển tư thế, hệ thống thu hồi và hệ thống dẫn đường.
Nhánh 2 có nội dung “Nghiên cứu thiết kế, chế tạo các thiết bị thông tin, truyền thông và giám sát hoạt động của tên lửa nghiên cứu (gọi tắt là PMC – Payload Motion Computer)” thuộc đề tài “Nghiên cứu, thiết kế và chế tạo mẫu tên lửa nghiên cứu (Sounding Rocket) đưa thiết bị khoa học thử nghiệm thu thập dữ liệu khí quyển tầng cao”, Chương trình Khoa học và Công nghệ vũ trụ giai đoạn 2016 – 2020, chủ nhiệm đề tài GS.TS. Nguyễn Lạc Hồng, cơ quan chủ trì đề tài Học viện Kỹ thuật Quân sự và chủ nhiệm nhánh 2 là PGS.TS. Phạm Hồng Quang, cơ quan chủ trì nhánh 2 là Trung tâm Tin học và Tính toán.
Nhánh 2 được giao thực hiện một phần của hệ thống các thiết bị đo đạc kết hợp hệ thống kết nối tầm xa, bao gồm các sản phẩm: hệ thống cấu trúc khung thiết bị PMC trên khoang Payload; máy tính giám sát điều khiển vận hành tên lửa nghiên cứu (Sounding Rocket) trong quá trình phóng, bay trong không trung và hạ cánh thu hồi trang thiết bị thí nghiệm; hệ thống cảm biến trạng thái nội tại, xác định vị trí, độ cao, tốc độ của tên lửa trong thời gian thực và xác định tốc độ và hướng gió khi Payload rơi về mặt đất; hệ thống thông tin truyền thông giám sát viễn thám trạng thái và thông tin thu thập từ tên lửa nghiên cứu; hệ thống trợ giúp hạ cánh thu hồi thiết bị trên khoang Payload.

tenlua1
Sơ đồ tổng thể hệ thống giám sát trạng thái tên lửa do Trung tâm tin học và Tính toán nghiên cứu thiết kế và chế tạo
  

HÌNH ẢNH VỀ SẢN PHẨM CỦA NHÁNH 2

Khoang payload chứa thiết bị của nhánh 2 được lắp đặt chắc chắn và theo không gian của tên lửa đẩy TV-02 theo 3 mô hình: tên lửa 2 tầng + payload dạng chóp; tên lửa 1 tầng + payload dạng chóp; tên lửa 1 tầng + payload dạng phi tiêu (các hình vẽ bên dưới).

tenlua2
Hệ thống tên lửa đẩy 2 tầng sản phẩm của đề tài

 tenlua3

Hệ thống tên lửa đẩy 1 tầng sản phẩm của đề tài
tenlua4
Hệ thống tên lửa đẩy 1 tầng có payload dạng phi tiêu sản phẩm của đề tài

Hệ thống truyền tin giữa payload và trạm mặt đất

tenlua5
Sơ đồ kết nối antenna định hướng và máy tính trung tâm
tenlua6
Sơ đồ kết nối antenna vô hướng và máy tính trung tâm 

Hệ thống giám sát bay

tenlua7
Ăng –ten Xbee và Ăng-ten LoRa được bố trí tại khu vực bắn
tenlua8
Hệ thống máy tính trạm hiển thị phần mềm giao diện mặt đất

Toàn bộ thông tin về vị trí, tư thế, quỹ đạo, lực đẩy, gia tốc và các tham số môi trường được gửi về trung tâm chỉ huy theo thời gian thực:

 

 tenlua9

tenlua10

 

tenlua11

Phần mềm giám sát theo dõi trực tuyến hoạt động của tên lửa nghiên cứu

Đến nay, đề tài nhánh 2 do Trung tâm Tin học và Tính Toán chủ trì đã đạt được các kết quả chính như sau:

+ Nghiên cứu thiết kế và chế tạo thành công hệ thống thiết bị đo đạc giám sát và truyền tin, ghi hộp đen các thông số động học của bộ đo trên khoang tên lửa nghiên cứu như gia tốc, lực tác động, vận tốc, vị trí, đường bay, cao độ, tọa độ định vị kinh vĩ; đồng thời các thông số khí quyển môi trường như nhiệt độ, áp suất độ ẩm.

+ Xây dựng được hệ thống tích hợp đa thể loại cảm biến, kèm theo các đầu vào điện tử phát hiện mở khoang PMC (mở vỏ đỗ do nhánh 1 thực hiện), đầu ra điều khiển an toàn bung dù và trở về chế độ ngủ tiết kiệm năng lượng khi xuống đất.

+ Kết quả thử nghiệm bắn bay thực tế đã cho thấy hệ thống chịu tải được đến 31G và hoạt động được ở nhiệt độ đến -80 độ C.

+ Chế tạo được hệ thống các thiết bị đo đạc trên khoang PMC đạt được theo đúng đăng ký và có những điểm nổi bật sau: gia tốc sử dụng 2 bộ 3 chiều, 1 thang đo đến 16G độ chính xác cao để tính tư thế tên lửa khi bay không có động cơ hoạt động, 1 thang đo đến 100G để giám sát khi động cơ hoạt động; đo độ cao vượt trội gồm 3 nguồn IMU, GNSS và barometer (khi không có mất ổn định tên lửa thì sai số 3 độ cao 3 hệ thống dưới 10%); tính toán chuyển động: tốc độ, dịch chuyển trong không gian, tư thế xoay, lắc, gật tổng hợp từ các thông số đo đạc nội tại được thực hiện trong các lần bắn, hiển thị đồ họa trực quan theo thời gian thực dễ dàng nghiên cứu quá trình phóng bay; thông tin về vị trí rơi của PMC được truyền về trung tâm giúp cho quá trình thu hồi được chính xác và nhanh chóng.

+ Xây dựng được hệ thống giám sát bay giao tiếp vô tuyến sử dụng 2 kênh độc lập, truyền dẫn ổn định trong toàn bộ quá trình phóng lên, bay và rơi. Hệ thống phần mềm mặt đất (GCS) thể hiện trực quan đồ thị thời gian thực trạng thái tư thế, vị trí, quỹ đạo, tốc độ, gia tốc, độ cao, áp suất, nhiệt độ và độ ẩm.

+ Chế tạo được hệ thống ghi dữ liệu và truyền thông vô tuyến được nghiên cứu thiết kế và chế tạo gồm 2 hệ thống là hệ thống thu định hướng và hệ thống thu vô hướng: hệ thống thu định hướng được chế tạo có điều khiển theo vết đối tượng di chuyển trên cao và dưới đất, tầm liên lạc với PMC có thể đến hơn 100 km dưới đất và trên 400 km trên không trong điều kiện ăng ten phát PMC còn nguyên; hệ thống thu vô hướng hỗ trợ tăng cường khả năng liên lạc trong quá trình phóng tên lửa cũng như hỗ trợ tìm kiếm thiết bị sau khi phóng bởi tính di động cao, phủ sóng 5 đế 10 km trong điều kiện núi rừng, khoảng cách truyền tin có thể hơn 200 km trên không trong điều kiện ăng ten phát PMC còn nguyên.

+ Xây dựng được hệ thống trợ giúp tìm kiếm thu hồi PMC khi trở về mặt đất có thể phủ sóng 5 đến 10 km trong điều kiện rừng núi, khoảng cách truyền tin có thể hơn 200 km trên không. Máy tính công nghiệp cơ động, có pin, chịu rung sốc, va đập và nhiệt cao. Màn hình cảm ứng đồ họa có hỗ trợ bản đồ, nhận tín hiệu từ PMC thể hiện tọa độ GNSS và có ổ cứng để lưu trữ dữ liệu.

Có thể thấy rằng hệ thống thiết bị thông tin, truyền thông, và giám sát hoạt động của tên lửa nghiên cứu do nhánh 2 nghiên cứu, thiết kế và chế tạo là hệ thống đầu tiên ở Việt Nam đo quỹ đạo bay nội tại của tên lửa nghiên cứu và truyền về hiển thị các tham số theo thời gian thực. Nhánh 2 đã công số 1 bài báo trên tạp chí trong nước và 1 báo cáo tại hội nghị quốc tế về chương trình tên lửa và khinh khí cầu Châu Âu lần thứ 24 tại Đức (Đây là lần đầu tiên Việt Nam có đoàn cán bộ tham dự hội nghị về chương trình tên lửa và khinh khí cầu Châu Âu).

Nguồn tin: Phòng Công nghệ Tính toán và Ứng dụng

Xử lý tin: Minh Tâm