Сетевое издание

Международный студенческий научный вестник

ISSN 2409-529X

• Авторы
• Резюме
• Файлы
• Ключевые слова
• Литература

Бусыгин С.Е. 1

---

1 Московский технологический университет

Для обеспечения “жизнеспособности” разнообразных уже эксплуатируемых и только еще проектируемых космических аппаратов (КА) и выполнения ими целевых программ необходимо решить широкий круг задач, присущих всем типам КА. В числе этих задач следующие: • обеспечение обмена информацией с наземным комплексом управления (НКУ); • обеспечение снабжения аппарата электроэнергией; • распределение электропитания на КА между потребителями; • поддержание требуемого теплового режима на КА; • определение и поддержание ориентации КА в пространстве; • обеспечение движения КА в пространстве (перемещение его центра масс); • обеспечение углового движения КА в пространстве (вокруг центра масс); • определение (прогнозирование) местоположения КА на орбите; • управление вращающимися солнечными бата-реями (при их наличии); • сбор, хранение, обработка и передача телеметрической информации; • управление работой систем и оборудования КА в соответствии с программой полета КА и с учетом его реального состояния.[2] При проектировании первых КА каждая задача решалась автономной работой отдельной системы, содержащей свою датчиковую аппаратуру, исполнительные органы, автоматику управления. С усложнением КА и увеличением числа решаемых ими задач появилась потребность в централизации управления и контроля за работой бортовых систем КА, прежде всего, в части рационального расходования и пополнения энергоресурсов, приоритетности и времени выполнения полетных и регламентных операций, автономного парирования нештатных ситуаций на основе результатов диагностики и тестирования бортовой аппаратуры и др. Разработка и внедрение на КА вычислительных средств с развитым программным обеспечением (ПО) позволили, в принципе, удовлетворить эту потребность. По аналогии с НКУ появилось понятие бортового комплекса управления (БКУ), объединяющего в себе основные бортовые системы КА и включающего в себя бортовую вычислительную систему, систему управления движением и навигацией, систему управления бортовой аппаратурой, бортовую аппаратуру служебного канала управления, систему бортовых измерений, а также программное обеспечение БКУ. Для более детального рассмотрения принципов построения БКУ автоматических КА с целевой направленностью (связные спутники, КА наблюдения участков звездного пространства, космические аппараты зондирования Земли) перечислим их основные системы.

Статья в формате PDF

106 KB

управление

бортовой комплекс

1. Варлатая, С. К. Средства обеспечения управления бортовым комплеком. Учебное пособие / С.К. Варлатая, М.В. Шаханова. - М.: Проспект, 2015. - 152 c

2. P., M. Алгулиев Методы синтеза адаптивных систем обеспечения их контроля / P. M. Алгулиев. - М.: УРСС, 2001. - 248 c.

3. Андрианов, В. В. Обеспечение безопасности контроля комплекса/ В.В. Андрианов. - Москва: Мир, 2010. - 627 c.

4. Горев, А И; Симаков А А Обеспечение Информационной Безопасности / А Горев А И; Симаков А. - Москва: Гостехиздат, 2005. - 474 c.

5. Андрианов, В.В. Обеспечение информационной безопасности / В.В. Андрианов. - М.: Альпина Паблишер, 2011. - 871 c.

Основные системы (рис. 1):

• бортовая вычислительная система в виде совокупности вычислительных средств и устройств сопряжения (адаптеров связи), обеспечивающая информационное взаимодействие с бортовыми 

абонентами и предоставляющая свои вычислительные ресурсы для решения задач управления системами КА и задач контроля их работы;

• система управления движением и навигации или, в другой интерпретации, система ориентации и управления движением, предназначенная для управления движением КА как материальной точки (перемещением центра масс), так и для управления угловым движением КА (движением вокруг центра масс);

• система управления бортовой аппаратурой, выполняющая функции коммутации электропитания, усиления и преобразования электрических сигналов, а также выдачи команд управления в системы и приборы КА в соответствии с временными или логическими условиями;

• система бортовых измерений, предназначенная для сбора, обработки и передачи в НКУ телеметрической информации о результатах измерений, характеризующих состояние систем КА и протекающие на КА процессы;

• бортовая аппаратура служебного канала управления или командной радиолинии, представляющая собой радиотехнический комплекс для обеспечения своевременного обмена служебной информацией между НКУ и БКУ;

• объединенная двигательная установка, состоя-щая из комплекта двигателей для обеспечения перемещения КА относительно орбиты и угло¬вого движения КА;

• система обеспечения определенного теплового режима внутри КА;

• система энергоснабжения (СЭС) для преобразования первичной (солнечной) энергии в электрическую.[1]

Рис. 1. Бортовые системы космического аппарата

Задачи управления вращающимися солнечны-ми батареями в некоторых типах КА решаются специальной системой ориентации солнечных батарей. В других КА эти задачи решаются в СУДН.

В некоторых классах КА в качестве отдельной структурной единицы рассматривается бортовая кабельная сеть.[5]

Внедрение на КА вычислительных средств и новых конструктивно-технологических решений, применение современной элементной базы и средств комплексирования ПО позволили создать основу для построения интегрированных БКУ. Возможность оперативного контроля состояния систем КА и “умного” выполнения программы полета КА с учетом внешней обстановки, текущего статуса бортовых систем и имеющихся на текущий момент времени ресурсов позволила перенести многообразные функции контроля и управления КА в БВС, точнее — в ее ПО. Тенденция концентрации этих функций в бортовой вычислительной системе (ПО БКУ) продолжает усиливаться по мере развития программных и аппаратных средств. Программное обеспечение сформировалось как

Отдельный (и одним из самых главных) компонентов БКУ (рис. 2).

Рис. 2. Структура программного обеспечения

Программное обеспечение БКУ построено по иерархическому принципу:

• первый или нижний уровень составляют драй-веры обмена с аппаратурой и программы организации вычислительного процесса;

• второй уровень составляют программы обеспечения управления и контроля работы бортовых приборов и оборудования;

• программы третьего уровня включают в себя программы обеспечения полетных режимов бортовых систем и расчетные программы;

• четвертый или верхний уровень составляют программы планирования и организации режимов работы всего БКУ и контроль состояния систем КА.

Архитектура ПО БКУ подразделяет все про-граммы на служебные (диспетчер, обмен, управление конфигурацией БВС, таймирование и др.) и функциональные (программы включения/выключения конкретных приборов, программы расчета различной подготовительной и сопроводительной информации, программы формирования управляющих воздействий на отдельные приборы и т. п.). Каждая программа (программный модуль) имеет свои настроечные параметры и логико-информационные связи с другими программами. Построение ПО БКУ предполагает детерминированное циркулирование обменной информации между программами всех уровней, причем управляющая информация поступает сверху вниз (от программ верхних уровней до программ нижних уровней), а контрольно-диагностическая информация — снизу вверх. Для обеспечения функционирования ПО БКУ в реальном масштабе времени каждой программе определяются последовательность и конкретное время подключения на вычислительном такте бортового компьютера, а также ее вычислительные ресурсы.[4]

Получение цифровой информации от бортовых систем (напрямую или через СБИ), обмен информацией с НКУ (через БА СКУ), обработка и использование полученной информации в расчетно-вычислительных задачах, реализованных в ПО, — все это выдвинуло БВС и ПО БКУ на главенствующее место в бортовом комплексе управления. Системы БА СКУ и СБИ в такой конфигурации являются неотъемлемой частью БКУ как источники циркулирующей на КА информации и необходимые звенья, поддерживающие информационно-логические интерфейсы. Заметим, что связи между БВС, БА СКУ и СБИ как физические (проводные, через бортовую кабельную сеть и устройства сопряжения), так и “виртуальные” (информационные, через каналы информационного обмена).

Неотъемлемой и основной частью БКУ следует считать и систему управления бортовой аппаратурой. Две важные функции СУБА носят интеграционный характер и являются прерогативой БКУ:

• обеспечение всех бортовых потребителей электропитанием;

• обеспечение физического (проводного) интерфейса с системами и оборудованием КА и управление ими путем формирования соответствующих команд и сигналов.

Все остальные из вышеперечисленных систем решают свои конкретные задачи, жизненно важные для КА, но не являющиеся интеграционными с точки зрения структурного построения БКУ. Из этих систем особо выделим СУДН, часто включаемую разработчиками КА в состав БКУ благодаря следующим аспектам:

• данная система (как и СУБА) — одна из первых бортовых систем, она проектировалась и разрабатывалась уже для первых КА;

• задачи СУДН (ориентация, стабилизация, наведение КА для решения целевых задач и т. д.) — важнейшие и первоочередные;

• программы управления СУДН тесно “привязаны” к программам управления других систем и программам “верхнего” уровня ПО БКУ и др. В состав СУДН включены чувствительные эле-менты в виде оптико-спектральных датчиков и датчиков угловых скоростей, преобразующие устройства и блоки формирования управляющих сигналов, а также исполнительные органы в виде силовых гироприборов (например, маховиков или гиродинов). Исполнительными органами СУДН служат также двигатели двигательной установки. Состав аппаратуры СУДН может дополняться навигационными приборами и аппаратурой спутниковой навигации.[3]

Следствием анализа требований и характери­стик БЦК является подтверждение пригодности УКП к интеграции с данным БЦК в составе про­ектируемого КА либо определение перечня необ­ходимых доработок и дооснащений УКП. Выбор окончательной модификации УКП применитель­но к новому БЦК определяется как решение мно­гопараметрического функционала

Библиографическая ссылка