Innovative technology to solve the problems of automation of mining and geological works

The object of research relates to the field of control systems for mining and transportation machinery in the development of solid mineral deposits in open-cut mining. The problem of reducing the cost of transporting 1 ton of rock mass and increasing the efficiency of these machines is solved. The article develops an expert system for the disposition of mining vehicles with a subsystem for the selection of their innovative appearance with the ability to control their operating parameters, taking into account the stochastic conditions of the developed sections of the rock. The mathematical model for the construction of the future appearance of a mining and transportation machine, based on its functional and economic evaluation, reduces to the solution of the problem of optimization of the generalized criterion of required efficiency. As an example of private indicators of their effectiveness in operation, there is an expert analysis of the evaluation of options for solutions, for example, structural-kinematic and operational parameters of these machines, etc. Innovative designs of a trough body of any size of the carrying capacity of single-rope and multi-rope steep elevators for highly profitable mining in quarries are justified unlimited values of their depth and annual productivity. In the proposed study, the values of the resistance forces to the destruction of a section of a rock mass, determined by analytical and experimental methods, are refined by finding the optimal Kalman coefficient, which increases the efficiency of the use of mining and transport machines. The proposed methods allow the development of innovative mining and transport machines with the ability to control their operating parameters taking into account the stochastic conditions of the mined rock sectio

Инфракрасные детекторы на основе тройных полупроводниковых квантовых структур

Удосконалення технології вирощування напівпровідникових багатошарових структур сприяє створенню нового класу приймачів інфрачервоного випромінювання - детекторів на квантових структурах. Сучасний етап розробок ІЧ-приймачів характеризується активними дослідженнями матеріалів для різних наноструктур. Найбільш затребуваним напівпровідниковим матеріалом для створення традиційних ФД ІЧ-діапазону є HgCdTe. Однак низький відсоток виходу придатних структур на основі HgCdTe підвищує вартість приладу. Розглянуто стан розробок ІЧ-детекторів на квантових структурах із застосуванням трикомпонентних напівпровідникових твердих розчинів. Представлені максимальні значення виявляючої здатності традиційних ФД і ФД на квантових структурах. Проведено аналіз параметрів для різних матеріалів і типів структур.The development of growth process of multilayer semiconductor structures enables investigation of a new class of infrared detectors – detectors on quantum structures. The current trends of infrared receivers’ development are caused by active material research for a variety of nanostructures. The current state of development of infrared quantum structure detectors using ternary semiconductor alloys is considered. The maximal detectivity values of traditional detectors and quantum structure detectors are presented. The analysis of parameters for different types of materials and structures is performed.Совершенствование технологии выращивания полупроводниковых многослойных структур способствует созданию нового класса приемников инфракрасного излучения – детекторов на квантовых структурах. Современный этап разработок ИК-приемников характеризуется активными исследованиями материалов для различных наноструктур. Наиболее востребованным полупроводниковым материалом для создания традиционных ФД ИК-диапазона является HgCdTe. Однако низкий процент выхода годных структур на основе HgCdTe повышает стоимость прибора. Рассмотрено состояние разработок ИК-детекторов на квантовых структурах с применением трехкомпонентных полупроводниковых твердых растворов. Представлены максимальные значения обнаружительной способности традиционных ФД и ФД на квантовых структурах. Проведен анализ параметров для различных материалов и типов структур

Method of increasing the accuracy of the star sensor

A new algorithm for filtering distortions of the deep image of the starry sky is considered to improve the accuracy of determining the position of the star - the detection of the centroid. An increase in the accuracy of measuring the orientation parameters of the spacecraft by stellar sensors is being investigated. The method of calculations using the algorithm of exact estimation of the centroid is applied, restoring the function of the scatter of points from recorded astronomical images. Minimization of the effects of atmospheric turbulence and system noise on longexposure images obtained by a ground-based telescope is proposed. The method was tested in the MATLAB environment for a real image of the deep sky recorded by the ground system.Розглядаються новий алгоритм фільтрації спотворень глибокого зображення зоряного неба для підвищення точності визначення положення зірки - виявлення центроїда. Досліджується підвищення точності виміру параметрів орієнтації космічного апарату зірковими датчиками. Застосований метод обчислень, що використовує алгоритм точної оцінки центроїду, що відновлює функцію розкидання точок за астрономічними зображеннями. Запропоновано мінімізацію ефектів турбулентності атмосфери та шумів системи на зображеннях із тривалою експозицією, отриманих наземним телескопом. Метод перевірено у середовищі MATLAB для реального зображення глибокого неба, записаного наземною системою

Research of characteristics of self-phasing multi-beam traveling-wave tube with variable phase velocity

It is researched numerically the main characteristics of self-phasing multi-beam traveling-wave tubes (SMBTWT) with variable phase velocity, whose grouping area of interaction circuit contains single section with decreased value of the coupling resistance. It is carried out experimental verification of numerical non-linear model of SMBTWT, proving the adequacy of interaction of electron flow with electromagnetic wave in such devices

МЕТОДИКА ОЦІНКИ В БЕЗРОЗМІРНИХ ПАРАМЕТРАХ ХАРАКТЕРИСТИК ЕФЕКТИВНОСТІ АВТОФАЗНОЇ БАГАТОПРОМЕНЕВОЇ ЛБХ ЗІ ЗМІННОЮ ФАЗОВОЮ ШВИДКІСТЮ

With the advancement in to range of shorter wavelengths we are using the vacu-um devices for designing high power microwave components. A Traveling Wave Tube (TWT) takes the dominant position in market of powerful non-relativistic microwave am-plifiers. Multi-ray TWT (MTWT) structure of device is contributing to signification de-crease in weight and size, and performance characteristics. A characteristic of MTWT efficiency was improved by using of electron bunches capturing by electromagnetic wave field (auto-phase mode). Obtained earlier correlation based on the auto-phase theory of MTWT and motion and interaction energy balance of electron bunches in multi-ray flow with the wave field retarding system allows to estimate primary efficiency char-acteristics of the device in key of dimensional parameters (electromagnetic field and electron efficiency, gain factor). In this paper was solved the problem of the initial evalu-ation of auto-phase MTWT characteristics which based on dimensionless parameters that are using in the theory of O-type microwave devices in step of convenient concep-tual design.Ref. 9, fig. 1.С продвижением в область более коротких длин волн для создания СВЧ узлов большой мощности применяют вакуумные приборы. Доминирующее положение на рынке мощных нерелятивистских СВЧ усилителей занимают лампы бегущей волны (ЛБВ). Существенному снижению массогабаритных и эксплуатационных характеристик способствует многолучевая конструкция ЛБВ (МЛБВ) прибора. Характеристики эффективности МЛБВ улучшены применением режима захвата электронных сгустков полем электромагнитной волны  (автофазный режим). Ранее на основе теории автофазной МЛБВ и баланса энергии при движении и взаимодействии электронных сгустков многолучевого потока с полем волны замедляющей системы получены соотношения, позволяющие оценить в размерных параметрах основные характеристики эффективности прибора (полевой и электронный КПД, коэффициент усиления). В данной работе решена задача первичной оценки характеристик эффективности автофазной МЛБВ на основе используемых в теории приборов СВЧ О-типа безразмерных параметров, удобных на этапе эскизного проектированияБибл. 9, рис. 1.З просуванням в область більш коротких довжин хвиль для створення НВЧ вузлів великої потужності застосовують вакуумні прилади. Домінуюче стан на ринку потужних нерелятивістських НВЧ підсилювачів займають лампи біжучої хвилі (ЛБХ). Суттєвому зниженню масогабаритних і експлуатаційних характе-ристик сприяє багатопроменева конструкція ЛБХ (БЛБХ) приладу. Характери-стики ефективності БЛБХ поліпшені застосуванням режиму захвату електронних згустків полем електромагнітної хвилі (автофазний режим). Раніше на ос-нові теорії автофазних БЛБХ і балансу енергії при русі і взаємодії електронних згустків багатопроменевого потоку з полем хвилі сповільнючої системи отримані співвідношення, що дозволяють оцінити в розмірних параметрах основні характеристики ефективності приладу (польовий і електронний ККД, коефіцієнт підсилення). У даній роботі вирішена задача первинної оцінки характеристик ефективності автофазних БЛБХ на основі безрозмірних параметрів, що використовувають у теорії приладів НВЧ О-типу, зручних на етапі ескізного проектування.Бібл. 9, рис. 1

ДОСЛІДЖЕННЯ ІМПУЛЬСНИХ ВЛАСТИВОСТЕЙ ФОСФІДУ ІНДІЯ

A theoretical research of the indium phosphide impulse properties has been carried out. The effect of the "overshoot" of the charge carriers drift velocity is analyzed. The influence of the electric field impulse parameters on the time and space distribution of the drift velocity was analyzed numerically. It is shown that the effect of the high electric field rectangular impulse on indium phosphide causes a short-term "overshoot" of the drift velocity. If the electric field is becoming stronger, the peak value of the drift velocity is getting higher but the duration of the "overshoot" is reducing. It is showing that the impulse duration does not affect the magnitude of the "overshoot" and the rate of relaxation processes. With increasing of the rectangular Impulse front duration peak values of high field "overshoot" are reducing. The impulse properties of indium phosphide and gallium arsenide were compared.Проведено теоретическое исследование импульсных свойств фосфида индия. Дан анализ эффекта «всплеска» дрейфовой скорости носителей заряда. Проведен численный эксперимент влияния параметров импульса электрического поля на временное и пространственное распределение дрейфовой скорости. Показано, что действие прямоугольного импульса сильного электрического поля в InP приводит к кратковременному «всплеску» скорости дрейфа. Получено, что с усилением поля пиковые значения скорости возрастают, а длительности «всплеска» сокращаются. Показано, что длительность импульса не влияет на величину «всплеска» и скорость релаксационных процессов. С увеличением длительности фронта прямоугольного импульса сильного поля пиковые значения «всплеска» уменьшаются. Проведено сравнение импульсных свойств фосфида индия и арсенида галлияПроведено теоретичне дослідження імпульсних властивостей фосфіду індію. Дан аналіз ефекту «сплеску» дрейфової швидкості носіїв заряду. Проведено чисельний експеримент впливу параметрів імпульсу електричного поля на тимчасовий та просторовий розподіл дрейфової швидкості. Показано, що дія прямокутного імпульсу сильного електричного поля в InP призводить до короткочасного «сплеску» швидкості дрейфу. Отримано, що з посиленням поля пікові значення швидкості зростають, а тривалості «сплеску» скорочуються. Показано, що тривалість імпульсу не впливає на величину «сплеску» і швидкість релаксаційних процесів. Зі збільшенням тривалості фронту прямокутного імпульсу сильного поля пікові значення «сплеску» зменшуються. Проведено порівняння імпульсних властивостей фосфіду індію та арсеніду галію

ДОСЛІДЖЕННЯ ТРАНСПОРТНИХ ВЛАСТИВОСТЕЙ ЕЛЕКТРОНІВ У НІТРИДАХ ІНДІЮ І ГАЛІЮ

Three-component semiconductors open up new possibilities for creating semiconductor devices.One of the promising three-component semiconductors is indium-gallium nitride InxGa1-xN, which is considered as a solid alloy of binary compounds - indium nitride InN and gallium nitride GaN.Prediction of the prospects for creating devices based on InxGa1-xN is possible with a thorough study of the electrical properties of its binary nitrides; indium nitride and gallium nitride.In the scientific literature, for these nitrides, studies of the Hall mobility predominate, the temperature dependence of which is described in a narrow range of impurity concentration values and the correspondence of the simulation results to the experimental ones is obtained by introducing correction factors.The aim of this work is to calculate the temperature dependence of the electron drift mobility forInNand GaN in a wide range of the degree of doping of semiconductors and to choice the initial parameters of the materials that make it possible to obtain the best agreement with the experimental results.For the nitrides under study, numerical modeling of scattering processes for typical types of impurity (on neutral atoms and impurity ions) and phonon (acoustic, polar optical, intervalley) mechanisms was carried out; momentum scattering rates were calculated and analyzed.For the first time for indium and gallium nitrides, a temperature dependence of the electron drift mobility was calculated in a wide range of values of the dopant concentration. The simulation results were verified.The field-velocity characteristics were calculated by the method of relaxation equations and compared with the results obtained by the Monte-Carlo method.For the nitrides under study, initial parameters are proposed that ensure agreement with experimental data when simulating the transport properties of electrons in a weak electric field mode.The results of numerical simulations indicate that it is promising to create highly efficient, high-speed, powerful devices for various purposes based on indium nitride and gallium nitride.Одним из перспективных трехкомпонентных полупроводников является нитрид индия-галлия InxGa1-xN. Прогнозирование перспектив создания приборов на основе InxGa1-xN возможно при тщательном исследовании электрических свойств составляющих его бинарных нитридов; нитрида индия InN и нитрида галлия GaN. В научно-технической литературе представлены исследования холловской подвижности носителей заряда. Соответствие между результатами моделирования холловской подвижности и экспериментальными данными получены введением поправочных коэффициентов.Целью данной работы является расчет для InN и GaN температурной зависимости дрейфовой подвижности электронов в широком диапазоне степени легирования полупроводников при выборе исходных параметров материалов, позволяющих получить наилучшее соответствие экспериментальным результатам.Проведено моделирование процессов рассеяния электронов. Впервые для InN и GaN рассчитана температурная зависимость дрейфовой скорости электронов в широком диапазоне степени легирования полупроводника. Проведена верификация результатов моделирования. Рассчитаны поле-скоростные характеристики для InN и GaN.Полученные результаты указывают на перспективность использования исследованных нитридов при создании высокоэффективных, быстродействующих, мощных приборов различного назначения.Нові можливості при створенні напівпровідникових приладів відкривають трикомпонентні напівпровідники. Одним з перспективних трикомпонентних напівпровідників є нітрид індію-галію InxGa1-xN, який розглядають як твердий сплав бінарних сполук − нітриду індію InN і нітриду галію GaN. Прогнозування перспектив створення приладів на основі InxGa1-xN можливо при ґрунтовному дослідженні електричних властивостей складових його бінарних нітридів; нітриду індію і нітриду галію. У науковій літературі для вказаних нітридів переважають дослідження холлівської рухливості, температурна залежність якої описана у вузькому діапазоні значень концентрації домішки, та відповідність результатів моделювання експериментальним отримують введенням коригувальних коефіцієнтів.Метою даної роботи є розрахунок для InN і GaN температурної залежності дрейфової рухливості електронів у широкому діапазоні ступеня легування напівпровідників і вибір вихідних параметрів матеріалів, що дозволяють отримати найкращу відповідність експериментальним результатам.Для досліджених нітридів проведено чисельне моделювання процесів розсіювання для типових видів домішкового (на нейтральних атомах та іонах домішки) і фононного (акустичне, полярне оптичне, міждолинне) механізмів; розраховані і проаналізовані значення швидкостей розсіювання імпульсу. Вперше для нітридів індію і галію розрахована температурна залежність дрейфової рухливості електронів у широкому діапазоні значень концентрації легуючої домішки. Проведена верифікація результатів моделювання. Розраховані поле-швидкісні характеристики методом релаксаційних рівнянь та зіставлені з результатами, отриманими методом Монте-Карло. Для досліджуваних нітридів запропоновані вихідні параметри, що забезпечують узгодження з експериментальними даними при моделюванні транспортних властивостей електронів у режимі слабкого електричного поля.Результати чисельного моделювання вказують на перспективність створення на основі InN і GaN високоефективних, швидкодіючих, потужних приладів різного призначення

ВЛАСТИВОСТІ АРСЕНІДУ АЛЮМІНІЮ-ГАЛІЮ В ІМПУЛЬСНОМУ РЕЖИМІ ЕЛЕКТРИЧНОГО ПОЛЯ

In the development of modern semiconductor devices are increasingly used multicomponent semiconductors. One of the well-proven ternary compounds of the materials of the group  is aluminum-gallium arsenide AlxGa1-xAs. For AlxGa1-xAs the transport properties in high electric fields have been investigated. One of the problems is the insufficient knowledge of the transport properties of charge carriers in a pulsed field mode.The purpose of the paper is to study the drift processes during the pulsed mode of the electric field in aluminum-gallium arsenide AlxGa1-xAs (at x = 0.225).The modeling was carried out on the basis of the relaxation equations for the conservation of momentum, energy and concentration. Using the two-valley ГL-model, calculations were performed for each valley and averaged taking into account their population. The most typical electron scattering mechanisms have been researched: impurity (at neutral atoms and impurity ions) and phonon (acoustic, optical, and inter-valley). The temperature dependence of the pulse scattering rates was analyzed, and the electron mobility was calculated. It is shown that the result of the mobility simulation is in а good agreement with the experiment. The effect of the "overshoot" of the drift velocity is investigated. For Al0.225Ga0.775As, a numerical experiment was conducted on the effect of the electric field pulse parameters on the drift velocity: amplitudes of the field strength, pulse duration, and front magnitude.It is shown that the pulse-like change of the field leads to a short "overshoot" of the drift velocity. Greater field amplitude corresponds to an increase in the maximum value of the drift velocity. However, this is accompanied by a reduction in the time for which the effect of the "overshoot" appears. The pulse duration of the electric field does not affect the peak value of the drift velocity. The increase of the pulse front duration leads to a significant decrease in the transport properties in strong electric fields. A comparison is made of the peak values of the drift velocity and the length of the “ballistic range” of the electron in aluminum-gallium arsenide Al0.225Ga0.775As and gallium arsenide GaAs.Исследованы наиболее типичные механизмы рассеяния электронов в арсениде алюминия-галлия, на основе которых рассчитана подвижность носителей заряда. Показано, что результат моделирования подвижности хорошо соответствует эксперименту. Исследовано влияние эффекта «всплеска» дрейфовой скорости носителей заряда на импульсные свойства. Для AlxGa1-xAs (при х = 0.225) проведен численный эксперимент по влиянию на распределение дрейфовой скорости (временное и пространственное) параметров импульса электрического поля: амплитуды напряженности поля, длительности импульса и величины переднего фронта. Проведено сравнение импульсных свойств арсенида алюминия-галлия Al0.225Ga0.775As и арсенида галлия GaAs. Показано, что по быстродействию трехкомпонентный полупроводник Al0.225Ga0.775As уступает арсениду галлия.При розробці сучасних напівпровідникових пристроїв використовують багатокомпонентні напівпровідники, серед яких є потрійна сполука матеріалів групи  − арсенід алюмінію-галію AlxGa1-xAs. Для AlxGa1-xAs досліджено транспортні властивості у високих електричних полях. Однією з проблем є недостатня вивченість транспортних властивостей носіїв заряду в імпульсному режимі електричного поля.Метою статті є теоретичне дослідження дрейфових процесів в арсеніді алюмінію-галію AlxGa1-xAs (при х = 0.225) в імпульсному режимі електричного поля.Моделювання проведено на основі релаксаційних рівнянь збереження імпульсу, енергії та концентрації. Використовуючи дводолинну ГL-модель, розрахунки проведені для кожної долини окремо і усереднені з урахуванням їх заселеності. Досліджено найбільш типові механізми розсіювання електронів в арсеніді алюмінію-галію: домішкові (на нейтральних атомах і іонах домішки) і фононні (акустичні, оптичні та міждолинні). Проаналізовано температурну залежність швидкості розсіювання імпульсу та розраховано рухливість електронів. Показано, що результат моделювання рухливісті добре узгоджується з експериментом.Досліджено ефект «сплеску» дрейфової швидкості носіїв заряду. Для Al0.225Ga0.775As проведено чисельний експеримент щодо впливу параметрів імпульсу електричного поля (амплітуди напруженості поля, тривалості імпульсу і величини фронту) на дрейфову швидкість електронів. Показано, що стрибкоподібна зміна напруженості електричного поля призводить до короткотривалого збільшення швидкості дрейфу порівняно зі значенням у стаціонарному режимі поля. Більший амплітуді стрибкоподібної зміни поля відповідає збільшення максимального значення дрейфової швидкості. Однак це супроводжується скороченням часу, протягом якого спостерігається ефект "сплеску". Тривалість імпульсу електричного поля не впливає на пікове значення швидкості дрейфу. Збільшення тривалості фронту імпульса напруженості електричного поля призводить до суттєвого зменшення дрейфової швидкості.Проведено порівняння пікових значень швидкості дрейфу та довжини «балістичного руху» електронів в Al0.225Ga0.775As та арсеніді галію GaAs

Досягнення та перспективи створення систем визначення орієнтації малого космічного супутника

Досягнення у сфері створення малих супутників разом із доступністю недорогих запусків призвели до збільшення кількості космічних польотів. Оскільки космос стає більш доступним, ніж будь-коли раніше, виникають нові та новаторські місії. Показано сукупність досягнень у галузі автоматичних систем, приладів систем управління, обчислювальних систем, виконавчих органів систем управління, способів та методів комплексування систем управління, що дозволили створити багатоцільові, багаторежимні системи з тривалим циклом активного життя, системи з максимальною автономністю та автоматизацією процесів управління. У цій статті представлені досягнення та перспективи систем управління космічних апаратів за останні три десятиліття. Розглянуто проблемні питання підвищення точності орієнтації та стабілізації.Advances in the development of small satellites, combined with the availability of low-cost launches, have led to an increase in the number of space flights. As space becomes more accessible than ever before, new and innovative missions are emerging. A set of achievements in the field of automatic systems, control system devices, computer systems, control system executive bodies, methods and methods of control system integration, which made it possible to create multi-purpose, multi-mode systems with a long active life cycle, systems with maximum autonomy and automation of control processes, is shown. This article presents the achievements and prospects of spacecraft control systems over the past three decades. The problematic issues of increasing the accuracy of orientation and stabilization are considered