2.Задачи, решаемые нку.

Наземный комплекс управления представляет собой систему (рис. 11.1) служб и средств, обладающую наиболее сложной в мире системой связи, включающей кабельные, радиорелейные и спутниковые каналы, большая часть которых арендуется у государственных и коммерческих организаций. Средства НКУ обслуживает персонал, численностью до тысячи человек. К НКУ как к системе предъявляют чрезвычайно высокие требования по быстродействию и надежности, что обусловливает введение автоматизации ее управления

на всех уровнях. Поступление с современных КА больших потоков информации (10 100 Мбит/с) требует включения в состав НКУ широкополосных каналов связи и быстродействующих ЭВМ для обработки этих потоков информации и объединения всех ЭВМ в единую вычислительную сеть с обеспечением межмашинного обмена.

Рис. 11.1. Функциональная схема НКУ: 1 спутник ретранслятор для связи с КА; 2 каналы связи «спутник ретранслятор_ КА»; 3 каналы связи «спутник ретранслятор станция спутниковой связи»; 4 обслуживаемый КА; 5 каналы связи «КА наземная станция слежения»; 6 спутник ретранслятор для связи ЦУП со станциями слежения; 7 каналы связи «станции слежения спутник ретранслятор»; 8 пункт спутниковой связи для управления КА; 9 наземные станции слежения; 10 наземные каналы связи НКУ: 11корабельная станция слежения; 12 пункт спутниковой связи для связи с наземными и корабельными станциями слежения; 13 космодром запуска КА; 14 центр управления полетом (ЦУП); 15 комплексный моделирующий стенд; 16 электрический аналог КА (комплексный стенд); 17 центры обработки научной информации; 18 вспомогательные службы управления полетом

Центр управления полетом

Центр управления полетом (ЦУП) предназначен для оперативного управления полетом отдельных КА или их комплексов, сбора, обработки, хранения и документирования информации о функционировании КА, координирования всех средств НКУ и обмена информацией с ними, а также для обеспечения работы персонала управления.Центр управления полетомцентральное звено НКУ, оснащенное различными средствами автоматизированного управления полетом КА и работой НКУ, в состав которых входят информационно вычислительный комплекс (ИВК), средства внешней и внутренней связи ЦУП, средства отображения и документирования.

Информационно вычислительный комплекс (ИВК) выполняет: автоматизированное планирование оперативной программы полета КА; автоматическую (в реальном времени) обработку ТМ информации и ее автоматизированный анализ; хранение и документирование информации о полете; выдачу информации персоналу управления на индивидуальные и коллективные средства отображения; предварительную обработку и распределение между Центрами обработки научной информации (ЦОНИ) научной информации, поступающей с КА; решение задач управления средствами НКУ; управление средствами связи НКУ (если в составе НКУ нет отдельного центра управления связью).Информационно вычислительный комплекс строится на базе однотипных быстродействующих универсальных ЭВМ, осуществляющих основные вычислительные функции, и мини ЭВМ, выполняющих вспомогательные функции предварительной обработки данных и связывающих универсальные ЭВМ с устройствами ввода вывода. Такое построение обеспечивает высокую эффективность и высокую надежность ИВК за счет дублирования однотипных ЭВМ. Для связи персонала управления с ИВК. Широко используются дисплеи отображения оперативной информации. В ИВК вычислительные процессы и обработка информации организуются таким образом, чтобы при любых отказах в ЭВМ или периферийной аппаратуре процесс управления КА не прерывался и обеспечивалась сохранность информации. Информационно вычислительный комплекс используют при составлении планов полета и при формировании последовательности управляющих воздействий. Для проверки правильности и непротиворечивости сформированных воздействий и проверки реакции систем КА на эти воздействия служат моделирующие стенды и комплексный стенд КА.

Моделирующие стенды состоят из ЭВМ с набором программ, имитирующих работу КА, а также отдельных реальных приборов, работу которых сложно или невыгодно моделировать на ЭВМ. Моделирующие стенды имитируют работу систем КА с некоторым отличием от реальности и используются в основном для предварительной отработки методик полетных операций, а также тренировок экипажей и персонала управления. Для более точной имитации работы КА служиткомплексный стенд электрический аналог КА, на который подаются управляющие воздействия, причем реакции комплексного стенда на аналогичные управляющие воздействия адекватны реакции КА в полете. Кроме управляющих воздействий на тренажных средствах отрабатываются операции по обслуживанию и ремонту. Центр управления полетом имеет свойузел связи, объединяющий внешние и внутреннюю сети связи ЦУП.Внешние связи ЦУП обеспечивают телефонную связь, прием и передачу цифровой информации, телетайпную и фототелеграфную связь, прием и передачу телевизионной информации. Специальные широкополосные линии связи соединяют ЦУП с предприятиями разработчиками КА, где установлены моделирующие стенды и тренажеры.Внутренняя связь ЦУП обеспечивает оперативное взаимодействие персонала управления между собой и с обслуживающим персоналом других служб ЦУП и имеет несколько обособленных сетей (оперативную громкоговорящую связь, циркуляры групп поддержки и прямые некоммутируемые служебные связи). Все рабочие места специалистов оснащены переговорными устройствами, дающими возможность подключения к любой из обособленных сетей внутренней связи.

Средства отображения ЦУП служат для наглядного отображения всей необходимой для управления полетом информации и включают: оконечные устройства отображения коллективного пользования (просветные и проекционные экраны, проекторы, проекционные чернобелые и цветные телевизоры, алфавитно-цифровые табло, блоки индикации времени и т. п.); устройства отображения индивидуального пользования (телевизионные видеоконтрольные устройства, дисплеи ИВК, устройства выбора информации); аппаратуру преобразования, коммутации и управления средствами отображения, Проекторы предназначены для отображения карт, таблиц, рисунков, мнемосхем, графиков и позволяют высвечивать статическую и динамическую информацию в виде движущихся точек» стрелок И символов, проекционные телевизоры позволяют выводить информацию на экраны площадью в десятки квадратных метров, а световые табло выводить на них любую алфавитно-цифровую информацию.В состав оборудования ЦУП входит аппаратура формированияединого времени, предназначенная для формирования и хранения местной шкалы времени, привязки ее к центральному эталону частоты и времени, формирования и выдачи на ЭВМ шкал, кодов и сигналов времени, а также для привязки бортового времени КА.

Средства документирования ЦУП используются для получения необходимого количества документов по оперативной программе и о ходе полета и состоят из различных алфавитноцифровых печатающих устройств, графопостроителей и множительных аппаратов.Для оперативного управления полетом в ЦУП оборудованы главный и несколько вспомогательных залов управления, причем из главного зала ведется управление комплексами КА, а из вспомогательных залов управление отдельными КА на участках их автономного полета.

Главный зал управления имеет большое количество различных коллективных средств отображения и пультов руководителей полета, ведущих специалистов по отдельным системам КА, специалистов по управлению НКУ и операторов связи с экипажем.Все пульты имеют средства внутренней и внешней связи ЦУП, цветные телевизионные экраны, дисплеи ИВК и телевизионные экраны с повышенным разрешением для отображения полетной документации.

Вспомогательные залы оборудованы аналогичным образом, но имеют меньшие размеры и меньшее количество средств коллективного отображения.Кроме залов управления в ЦУП имеются специально оборудованные помещения для групп поддержки, которые с помощью установленных пультов взаимодействуют с ИВК и персоналом управления главного и вспомогательных залов.

Персонал управления это оперативная группа специалистов по управлению полетом, системам КА и научным исследованиям. Персонал управления состоит из главной группы управления в ЦУП и региональных групп на станциях слежения. Главная группа управления включает несколько специализированных по функциональному назначению групп (планирования, реализации программы, анализа функционирования КА, баллистическую, обеспечения научных исследований, связи с экипажем, медицинского контроля, управления средствами НКУ и т. д.), разделенных для круглосуточного управления полетом на смены, работающие с некоторым перекрытием. В настоящее время наблюдается тенденция сокращения численности персонала управления и передачи большей части его функций вычислительным средствам ЦУП и КА. Наряду с ЦУП одним из основных элементов НКУ является сеть стационарных и подвижных станций слежения, которая должна обеспечивать: наиболее возможное перекрытие зонами видимости станций слежения трассы полета КА или максимально возможное время связи с КА у других планет Солнечной системы; возможность использования методов триангуляции и интерферометрии для контроля орбиты КА; удаленность от больших населенных пунктов для снижения помех приему и неблагоприятного воздействия мощных радиопередатчиков на население; хороший обзор антенн станций слежения.

Станции слежения (СС) предназначены для передачи командной, телефонной (ТЛФ), телевизионной (ТВ), уставочной и программной информации на КА; приема с КА ТМ, ТЛФ, ТВ и другой инфоpмaции, передаваемой по радиои оптическим каналам связи; предварительной обработки информации, поступившей с КА, и ее передачи в ЦУП; измерения параметров движения КА (траекторные измерения) и проведения операций сверки времени. По назначению станции слежения делят на станции связи с околоземными и межпланетными КА. Вторые отличаются от первых большей мощностью передающих устройств, более узконаправленными антеннами и более чувствительной приемной аппаратурой.В состав НКУ входят дветри станции слежения связи с межпланетными КА, максимально разнесенные по долготе с целью обеспечения большего времени связи и обычно совмещаемые со станциями связи с околоземными КА. Объединение средств связи и измерений в пределах одной станции слежения позволяет получить значительную экономию средств на строительство и обслуживание. В состав средств станции слежения входят: комплекс антенн с устройствами наведения и автосопровождения; приемопередающая аппаратура ТВ и ТЛФ радиолиний; средства радиоконтроля орбиты; вычислительный центр для расчета параметров орбиты КА, ведения прогноза сеансов связи с КА, расчета целеуказаний для наведения антенн и предварительной обработки поступающей с КА информации; оборудование системы единого времени; средства связи с ЦУП и другими станциями слежения (ТЛФ, ТВ и широкополосные каналы). Большинство станций слежения оборудовано аппаратурой связи через спутникиретрансляторы и специальными антеннами спутниковой связи. Радиоконтроль орбиты КА проводится путем измерения дальности (Д) по времени прохождения запросного сигнала до КА и обратно с помощью тональных частот или фазовым методом, скорости изменения дальности с помощью эффекта Доплера, углового положения КА по углам поворота остронаправленных антенн, а также положения КА триангуляционным или интерферометрическим методом.

Два последних метода требуют участия в радиоконтроле орбиты КА двух или трех станций слежения, разнесенных на сотни и тысячи километров для создания приемлемой базы измерений. Для снижения ошибок в определении положения КА антенны станций слежения привязываются к геодезической сети с ошибкой не больше нескольких метров. Для расширения возможностей слежения в НКУ входят подвижные станции слежения на кораблях, автомобильных и железнодорожных платформах и самолетах, используемые в период сложных и ответственных полетных операций, как, например, совместный полет космических кораблей «Союз» и «Аполлон», при котором в дополнение к сети стационарных станции слежения были задействованы три корабельные станции слежения НКУ «Авангард» (США), «Академик Сергей Королев» и «Космонавт Юрий Гагарин» (СССР), три самолетные станции слежения две в Южной Африке, одна в Австралии и одна передвижная станция в Ньюфаундленде. Средства связи НКУ предназначены для объединения всех элементов НКУ в единую информационную сеть и обеспечивают ретрансляцию командной, программной и уставочной информации, а также ТЛФ и ТВ сигналов из ЦУП на станции слежения; ТЛФ, ТВ, ТЛМ информации, получаемой с КА, со станций слежения в ЦУП; информации между ЦУП, моделирующими стендами и центрами обработки научной информации; служебной информации НКУ, необходимой для нормального функционирования контура управления. Сеть связи НКУ включает управляющий центр, оборудованный специальными ЭВМ, различающими специфические типы информации и автоматически направляющими или переключающими нужную информацию по месту назначения и, кроме того, управляющими резервами сети связи так, чтобы при отказе отдельных каналов потери или задержки информации были минимальными. Основным, требованием к средствам связи является высокая достоверность передачи информации между элементами НКУ, для чего в процессе передачи командной, программной и уставочной информации из ЦУП на станции слежения происходят ее поразрядное квитирование, проверка контрольной суммы массивов и специальное кодирование. Высокая надежность передачи информации обеспечивается горячим резервированием каналов связи. Использование спутниковретрансляторов в составе НКУ позволяет: снизить эксплуатационные расходы НКУ за счет уменьшения количества наземных, корабельных и самолетных станций слежения; расширить зоны связи (вместо 10 20% на витке до 80 85% для околоземных КА), полосы каналов связи и обеспечить многоканальную связь; обеспечить высокую достоверность передачи сообщений; существенно упростить процесс управления средствами НКУ.

Центры обработки научной информации (ЦОНИ) предназначены для оперативной обработки научной информации, поступающей с КА, принадлежат научным и промышленным организациям, проводящим научные исследования и эксперименты на КА, специализированы по направлениям этих исследований и выполняют: прием научной информации из ЦУП или непосредственно со станций слежения; оперативную обработку научной информации и представление ее потребителям; анализ функционирования научной аппаратуры КА по результатам обработки и выдачу рекомендаций по изменению программы полета КА; запись научной информации для хранения и последующей обработки.Центры обработки научной информации это вычислительные центры, оборудованные универсальными и специализированными ЭВМ, имеющие математическое обеспечение для обработки информации и связанные широкополосными каналами связи с ЦУП и станциями слежения. Кроме вычислительных средств в состав ЦОНИ входят специализированное оборудование для обработки и интерпретации научной информации (например, интерпретаторы и синтезаторы многозональных космических фотоснимков и телевизионных изображений), а также технологические образцы научной аппартуры, работающей на КА, для моделирования ее работы на борту, распознавания отказов или сопровождающих экспериментов.

Поисково-спасательный комплекс (ПСК) служит для поиска, обнаружения и доставки космического корабля и экипажа, приземлившихся в запланированном районе (штатный полигон посадки), или после аварийного спуска (резервные или аварийные полигоны посадки). В состав средств ПСК входят авиационные (самолеты и вертолеты с десантным оборудованием на борту), морские (вертлетоиосцы, морские суда, катера и др.) и сухопутные (вездеходы, амфибии и др.) транспортные средства, а также командный пункт, с которого с помощью телевизионных, телефонных, телеграфных средств связи (в том числе с использованием спутниковретрансляторов) организуется работа групп ПСК и

координируются действия с ЦУП.Во время пилотируемых полетов средства ПСК развернуты на штатном полигоне посадки и в местах оперативной дислокации и находятся в постоянной готовности.

Вспомогательные службы НКУ

К вспомогательным службам относят: службу радиационной безопасности, метеослужбу и службу Солнца.

Служба радиационной безопасности следит за радиационной обстановкой в районе полета КА, оценивает воздействие радиации на экипаж, приборы и конструкцию КА и выдает рекомендации по дальнейшему полету с учетом прогноза радиационной обстановки. Метеослужба определяет метеообстановку в районе старта КА и по трассе полета, на участках проведения фотосъемки или других исследований Земли, а также выдает прогноз метеообстановки в районах посадки КА на ближайшие несколько суток. Служба Солнца прогнозирует активность Солнца, от которой зависят условия прохождения радиоволн, радиационная обстановка на орбите и плотность атмосферы на высотах полета КА.

БИЛЕТ №11

1. Назначение, функциональная схема и принцип работы СОТР, задачи, решаемые при эксплуатации СОТР.

Тепловой режим космического аппарата, находящегося в межпланетном пространстве, определяется условиями внешнего теплообмена и структурой самого КА. В состав любого КА входят средства, обеспечивающие внешний и внутренний теплообмен, называемые системой обеспечения теплового режима (СОТР).Конечно, тепловой режим КА должен быть обеспечен и на других участках эксплуатации. При нахождении КА на космодроме тепловой режим обычно обеспечивается с помощью наземных средств. От аэродинамического нагрева при прохождении плотных слоев атмосферы на участке выведения КА обычно защищается средствами ракеты-носителя (сбрасываемый головной обтекатель, защитные щитки и т. д.), а также применением на внешней поверхности материалов, способных выдерживать нагрев в несколько сотен градусов.

Космический аппарат, совершающий посадку на поверхность планеты, имеющей атмосферу, должен быть защищен от аэродинамического нагрева при торможении, а также обеспечивать требуемые температуры работающей аппаратуре после посадки.

ВНЕШНИЙ ТЕПЛООБМЕН

В космическом пространстве вне пределов атмосферы планет единственным видом теплообмена КА с окружающим его пространством (если исключить процессы, связанные с выбросом масс)является теплообмен излучением.Поверхность КА поглощает падающую на нее лучистую энергию и в свою очередь излучает в окружающее пространство энергию, равную сумме поглощенной и подведенной изнутри.Для КА, находящихся в окрестностях планет, имеющих атмосферу, внешним источником нагрева может стать тепловая энергия, выделяющаяся как при столкновении его поверхности с молекулами газа, так и за счет рекомбинации на его поверхности диссоциированных молекул. Для Земли эта энергия существенна на высотах менее 200 км, а на высотах более 250 км она настолько мала, что практически не влияет на температуру поверхности КА. Обычно при расчете теплообмена между телами, имеющими близкие температуры, считают, что степень черноты поверхности е равна коэффициенту поглощения падающего теплового потока Л. Особенность процессов теплообмена в космическом пространстве состоит в том, что они происходят между телами, имеющими существенно различные температуры: Солнце основной источник тепловой энергии имеет эффективную температуру поверхности около 5800 К, поверхности КА и планет температуру порядка сотен Кельвинов, «черное» космическое пространство температуру, близкую к 4 К.

ВНУТРЕННИЙ ТЕПЛООБМЕН

Внутренний теплообмен должен обеспечить отвод тепла от тепловыделяющих приборов и перенос его к радиационным поверхностям КА, а также перераспределение тепла между различными элементами КА, в частности между оболочками, находящимися в теплообмене с окружающим пространством.При отсутствии в КА специальных средств переноса тепла между его элементами теплообмен осуществляется излучением между поверхностями и теплопроводностью по элементам конструкции или среды, заполняющей герметичный объем (при отсутствии средств, обеспечивающих принудительную циркуляцию, практическое отсутствие свободной конвекции при полете по орбите просто превращает газ или жидкость в среду, обладающую только теплопроводностью).

Система обеспечения теплового режима (СОТР) помимо поддержания заданного теплового режима жилых отсеков, приборов, агрегатов, конструкции, пристыкованных кораблей и модулей обеспечивает заданный уровень влажности в жилых и приборных зонах, поддержание низких температур в холодильных и морозильных шкафах с пищей, фотопленкой, биообъектами и другими материалами. СОТР обеспечивает температуры от 20 до 30°С в жилых отсеках, от 0 до +40°С в приборной зоне, от +3 до +8°С в холодильных и до 20° С в морозильных шкафах.

Как правило, СОТР представляет собой совокупность различных средств и устройств, регулирующих внешний и внутренний теплообмен КА. Обычно в состав СОТР входят комплекс средств активного регулирования тепловых процессов, называемый системой терморегулирования (СТР), и средства пассивного терморегулирования (СПТР). СТР включает вентиляционные

устройства, жидкостной контур с теплообменными устройствами и средствами регулирования тепловых потоков, активные средства регулирования лучистого теплообмена и т. д., а СПТР конструктивные элементы, обеспечивающие заданные параметры теплообмена излучением и теплопроводностью (терморегулирующие покрытия, различного рода тепловая изоляция и теплозащита, термомосты и термосопротивления).