Основные положения традиционной технологии управления.

Материал этого раздела базируется в основном на работах [1], [2].

Наземно-космическая система. В общем случае, управление полетом целесообразно рассматривать как управление большой наземно-космической системой НКС, в которую входит космический сегмент в виде КА (или группы КА) и Земной сегмент (ЗС).

Как правило, КА делится на две основные части:

- служебный модуль (СМ) или космическая платформа;

- полезная нагрузка (ПН).

Средства ЗС и/или их режимы работы также могут быть разделены на взаимодействие с этими частями КА. Тем не менее, может существовать общая часть Земного сегмента, необходимая для работы с КА в целом. Во многом это определяется схемой построения бортовых систем СМ и ПН.

Командно-программный метод управления. Для управления полетом применяются как команды прямого действия (РК), направленные на непосредственное исполнение управляющих воздействий в бортовых системах в реальном времени, так и цифровые массивы (КПИ), закладываемые в память бортовых процессоров для обеспечения работы КА в автономном режиме полета. Последний режим может использоваться также для перепрограммирования режимов работы бортовых систем служебного модуля и полезной нагрузки (при необходимости).

Прогнозирование нештатных ситуаций. Постоянное прогнозирование возможных нештатных ситуаций и путей выхода из них с учетом бортовой диагностики и функционального резервирования с помощью бортовых и/или наземных средств.

Автоматизация и моделирование. Автоматизация типового цикла управления “планирование — реализация сеанса связи — анализ — планирование”. Автоматизация управления наземными радиотехническими средствами выдачи РК и КПИ, приема, обработки и отображения ТМИ, решения навигационных задач. Применение методов математического моделирования (а в отдельных случаях и физического) для исключения ошибок управления.

Сквозной процесс. Организация сквозного процесса “наземные испытания — управление полетом” для обеспечения надежной отработки бортового и наземного ПАО, преемственности аппаратных и программных комплексов испытаний и управления, подготовки специалистов и операторов, своевременной адаптации к возможным изменениям технических решений в бортовых системах.

Оптимизация информационных потоков. Комбинирование информационных потоков в контуре “Земля — КА — Земля” для оптимального разделения задач управления служебным модулем и полезной нагрузкой КА с получением максимально-возможной информации от полезной нагрузки при сохранении надежности управления.

Развитие режимов управления. Исторически в СССР и затем в России применяется сеансный режим управления полетом. Однако, в настоящее время для научных (в частности, астрофизических) КА намечаются тенденции использования режима “обсерватория”, т.е. непрерывных научных наблюдений с коррекцией программы исследований в реальном времени. Этот режим требует модернизации средств и методики управления.

Центр управления полетом. ЦУП создается на базеаппаратно-программных комплексов и инфраструктуры, обеспечивающих решение поставленных задач, с применением модульной архитектуры и сетевых решений, способности к модернизации в соответствии с постоянным развитием методики управления КА и средств обработки, хранения и передачи информации. Оптимальное сочетание централизации и децентрализации элементов ЦУП. Максимально-возможное применение стандартных устройств, базового программного обеспечения и средств обмена информацией для совместимости с международными сетями и минимизации стоимости.

 

Методика управления

Методика управления полетом для каждой миссии включает в себя разработку и реализацию трех основных компонент

- определение типового цикла управления,

- определение информационных потоков и связей как между КА и Землей, так и между всеми участниками контура управления,

- определение организационных форм работы персонала управления.

Типовой цикл управления. Типовой цикл управления включает в себя три основных контура:

- контур перспективного планирования с периодом 1–3 месяца;

- контур оперативного планирования с периодом 1–4 дня;

- контур реализации сеанса связи в реальном времени.

Каждый из этих контуров включает в себя элементы планирования, анализа и коррекции планирования на различном уровне. Для каждого уровня создаются свои организационно-технические структуры персонала управления и необходимые аппаратно-программные комплексы ЦУП.

Информационные потоки:

1) Потоки информации, циркулирующие между Землей и КА:

- телеметрическая информация с КА, содержащая данные о работе систем служебного модуля и полезной нагрузки, бортовые навигационные данные и информацию от аппаратуры ПН;

- командно-программная информация, выдаваемая в бортовые системы КА;

- измерения параметров орбиты для решения навигационных задач и обеспечения управления полетом (измерения дальности, скорости, углов и т.д.).

Структура сигналов, частотные диапазоны, возможности разделения и совмещения этих потоков закладываются на стадии проектирования КА и наземного сегмента и оказывают определяющее влияние на состав средств и программного обеспечения Земного сегмента, на аппаратно-программные комплексы ЦУП и линий связи.

2) Потоки информации, циркулирующие в контуре управления полета определяют организационно-техническую структуру, формы взаимодействия и ответственность участников контура управления для различных уровней цикла управления КА. Формирование этих потоков и управление ими выполняется средствами ЦУП.

Организация работы персонала управления. Создание рациональной иерархической структуры принятия решений при управлении полетом путем эффективного разделения ответственности и функций руководства полетом, специалистов по управлению полетом КА, Земного сегмента и разработчиков бортовой аппаратуры для различных этапов полета.

На рис. 1- 5 приведён ряд схем, которые иллюстрируют сказанное выше.

 

Рисунок 1. Наземно-космическая система

 

Рисунок 2. Типовой цикл управления полетом

 

Рисунок 3. Информационные потоки

 

 

Рисунок 4. Контур управления

 

Рисунок 5. Основные задачи ЦУП

Нештатные ситуации

В настоящем разделе рассматриваются подходы к ликвидации возможных нештатных ситуаций (НШС), которые являются общими для научных космических миссий.

В общем случае, НШС зависят от реализации бортовых систем КА и систем ЗС. Поэтому для каждого конкретного проекта выпускается специальный документ (до полета КА) с описанием возможных НШС и путей выхода из них.

Как правило, основными критериями эффективности научных миссий являются:

-количество времени, отведенного на научные исследования за определенный календарный период;

-оперативность и надежность персонала управления при изменении программы наблюдений или режимов работы комплекса ПН (по согласованной методике);

-оперативность и надежность персонала управления при определении и парировании НШС.

В соответствии с уровнями планирования работы КА рассматриваются следующие уровни НШС:

1) НШС ведущие к невыполнению задач миссии;

2) НШС ведущие к невыполнению текущей программы научных исследований (ПНИ);

3) НШС ведущие к невыполнению текущей программы работ (ПР);

4) НШС ведущие к невыполнению текущей программы сеанса связи (ПСС).

По источнику возникновения НШС делятся на НШС КА и НШС ЗС.

Парирование НШС может осуществляться:

- путем изменения ПР с КА, если НШС обнаружена вне сеанса связи или не была парирована в прошедшем сеансе,

- путем изменения ПСС в ходе проведения сеанса связи, если НШС обнаружена во время сеанса.