Анализ типовых функций БКУ сверхмалой космической платформы

Космическими аппаратами (КА) называются технические устройства, выведенные в космическое пространство со скоростью движения в какой-либо момент времени равной первой космической скорости или больше её. К числу задач, решаемыми в процессе управления КА, являются: прием различной информации о пространственно-временных и функциональных характеристиках КА, а также радиоуправление, радиосвязь и др. Нормальное функционирования любого КА невозможно без решения этих задач, отражающих взаимодействие аппарата со средствами обеспечения полетов в космическом пространстве.

Для обеспечения "жизнеспособности" разнообразных уже эксплуатируемых и только еще проектируемых КА и выполнения ими целевых программ необходимо решить широкий круг задач, присущих всем типам КА. В числе этих задач: обеспечение обмена информацией с наземным комплексом управления (НКУ); обеспечения снабжения аппарат электроэнергией; распределение электропитания на КА между потребителями; поддержание требуемого теплового режима; определение и поддержание ориентации КА в пространстве; определение (прогнозирование) местоположения КА на орбите; управление вращающимися солнечными батареями; 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.

Основные системы КА [1]:

.   Бортовая вычислительная система в виде совокупности вычислительных средств и устройств сопряжения (адаптеров связи), обеспечивающая информационное взаимодействие с бортовыми абонентами и представляющая свои вычислительные ресурсы для решения задач управления системами КА и задач контроля их работы.

2. Система управления движением и навигации или, в другой интерпретации, система ориентации и управления движением, предназначенная для управления движением КА как материальной точки, так и для управления угловым движением КА.

.   Система управления бортовой аппаратурой, выполняющая функции коммутации электропитания, усиления и преобразования электрических сигналов, а также выдачи команд управления в системы КА в соответствии с временными или логическими уровнями.

.   Система бортовых измерений, предназначенная для сбора, обработки и передачи в наземный комплекс управления (НКУ) телеметрической информации о результатах измерений, характеризующих состояние систем КА и протекающие на КА процессы. В её состав входят датчики, формирователи сигналов, устройства обработки данных.

.   Бортовая аппаратура служебного канала управления или командной радиолинии, представляющая собой радиотехнический комплекс для обеспечения своевременного обмена служебной информацией между НКУ и бортовым комплексом управления (БКУ). Система радиоуправления предусматривает организацию процесса приема команд на выполнение разовых операций или временных программ, а также передачу подтверждений об их выполнение: кодирование/декодирование сообщений; прием/передача сообщений; передача подтверждений о выполнении команд, о занесении в память временной программы.

.   Объединенная двигательная установка, состоящая из комплекта двигателей для обеспечения перемещения КА относительно орбиты и углового движения КА.

.   Система обеспечения теплового режима КА.

.   Система энергоснабжения для нормализации процесса электропитания. Состав задач: преобразование первичной (солнечной) энергии в электрическую; управление перенаправления питания аккумуляторной батареи и солнечной батареи; сглаживание пульсаций; распределение питания на устройства КА.

.   "Аварийная" система. В случае возникновение фатальных ошибок БКУ она позволяет пересылать "малую" (т.е. ограниченный набор) телеметрию через "маяк" и выполнить перезагрузку основной системы.

.   Система внутреннего контроля и функционирования контролирует правильность функционирования БКУ в целом с помощью схемы контроля за зависанием (Watch dog). Также она реализует взаимодействие БКУ с полезной нагрузкой КА: дистанционное включение/отключение ПН, сбор телеметрической информации с ПН.

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. [2] 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, объединяющего в себе основные 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.

Одним из видов спутников современного поколения являются спутники формата CubeSat, выполненные в виде куба или нескольких соединенных между собой кубов с длиной грани равной 10 см. Для подобных аппаратов предъявляются повышенные требования к БКУ, в частности из-за мелких размеров платформы, повышенной радиационной и термо - опасности. Исходя из этого БКУ данного вида спутников должны обеспечивать большинство функций, присущих большим КА.

Таким образом, задачами, выполняемыми БКУ являются:

·   Коммутация питания устройств и приборов.

·   Управление ориентацией и стабилизацией.

·   Контроль работоспособности аппаратуры бортовых систем КА.

·   Реализация функций телеметрической системы.

·   Прием и обработка командно-программной информации, поступающий из БРТК.

·   Управление системой полезной нагрузки.

·   Реализация циклов автоматического функционирования и парирования внештатных ситуаций.