Билет №3

1. Долговременные орбитальные станции различных поколений. Применение долговременных орбит станций для решения научных и прикладных задач.

1. Система передачи данных, как элемент НКУ. Типы используемых каналов связи.

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. 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.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.

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: 11- корабельная 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 (ЦУП)

БИЛЕТ №4

1. Общее представление о процессе управления полетом. Основные функции управления полетом

Полет - это завершающая стадия создания КА. Различные задачи полета существенно влияют на организацию управления полетом. Как правило, в испытательном полете участвует большое количество специалистов - создателей систем и конструкции КА, в процессе такого полета происходит отладка и проверка наземных средств математического обеспечения и организационной структуры наземных служб. Полет отработанного, серийного КА обеспечивается специализированными службами управления с привлечением специалистов по КА только на самых ответственных участках полета.

С рабочей орбитой КА связана длительность наблюдения его из одного наземного пункта. Низкоорбитальные КА находятся в зоне прямой видимости наземного пункта всего несколько минут (например, станция «Салют-6» 5 - 8 мин), поэтому для обеспечения достаточного времени связи с КА необходима целая сеть наземных пунктов или связь через спутники-ретрансляторы.

Высокоорбитальные КА, а также КА, летящие к другим планетам, находятся в зоне прямой видимости наземного пункта в течение нескольких часов, однако для связи с межпланетными КА нужны более мощные наземные средства (большие диаметры антенн, передатчики большей мощности и т. п.) по сравнению со средствами связи низкоорбитальных КА.

Управление космическим комплексом усложняется с увеличением числа входящих в него КА с точки зрения координирования работы наземных средств с программой работы каждого КА. Наиболее сложным и ответственным является управление полетом пилотируемого космического комплекса в связи с дополнительными задачами взаимодействия Земли и экипажей и обеспечения безопасности полета.

Программа полета - это план работы КА, экипажей (если полет пилотируемый) и наземных средств, взаимодействующих с КА.

Общий план полета разбивают на участки, характерные выполнением определенных промежуточных задач полета. Например, весь полет орбитальной станции «Салют» разбит на участки выведения и орбитального полета, а последний, в свою очередь, - на экспедиции, причем каждая экспедиция, решая свою задачу, имеет вполне определенную последовательность полетных операций:

• выведение транспортного корабля (ТК) с экипажем;

• сближение и стыковка ТК со станцией;

• переход экипажа из ТК в станцию;

• проведение заданной программы исследований и экспериментов в процессе полета экспедиции на станции;

• расстыковка ТК и станции;

• спуск и посадка спускаемого аппарата ТК с экипажем и возвращаемыми грузами.

Программа реализации полетной операции - это временная циклограмма работы систем КА, экипажа и основных средств, участвующих в управлении полетом, с указанием информационного обмена между КА и Землей. Программа реализации полетной операции служит основой для разработки программы управления бортовыми системами и наземными средствами, участвующими в управлении полетом.

Для пилотируемого КА программу реализации разрабатывают с учетом суточного расписания деятельности экипажа.

При разработке программы полета рассчитывают не только основные (штатные) варианты программы реализации, но и варианты изменения полета при отклонениях в режимах работы КА или отдельных отказах приборов и агрегатов.

На основании программы полета уточняют состав средств, привлекаемых к управлению полетом, составляют планы их работы, которые увязывают с программами полета других КА.

Службы и средства, обеспечивающие управление полетом КА, решают такие основные задачи, как:

• реализация программы полета КА для достижения целей полета;

• обеспечение безопасности экипажа и сохранности (живучести) КА;

• выход из нештатных ситуаций и нейтрализация их последствий.

Управление полетом - это непрерывный процесс, в котором можно выделить следующие его составляющие:

• долгосрочное планирование - долгосрочный план текущего участка полета;

• текущее планирование - разработка программы на сутки или несколько ближайших суток;

• реализация текущей полетной операции - собственно управление полетом;

• контроль выполнения полетной операции и состояния КА;

• обработка научной информации, поступающей с КА, и передача ее потребителям;

• корректирование программы с учетом достигнутых результатов.

Реализация полетных операций - это отработка системами КА заданной последовательности управляющих воздействий, в соответствии с которыми КА выполняет маневры, изменяет свою ориентацию в пространстве, включает и выключает служебную и исследовательскую аппаратуру и т. п.

Различают три способа реализации полетных операций:

• программный, когда программа выполнения операции, содержащая последовательность управляющих воздействий, заранее закладывается в бортовые цифровые вычислительные машины (БЦВМ) или формируется ими и отрабатывается без вмешательства с Земли;

• дистанционный, при котором все управляющие воздействия передаются на борт КА с Земли;

• смешанный, когда часть управляющих воздействий передается с Земли, а часть формируется бортовыми системами и экипажем.

Последний способ получил наибольшее применение.

Контроль и анализ выполнения полетных операций и функционирования КА включает контроль прохождения управляющих воздействий, хода типовых режимов работы, энергетических, ресурсных и других характеристик КА, запасов расходуемых веществ и материалов, анализ функционирования систем и диагностику отказов в системах, прогнозирование работоспособности систем КА.

Контроль КА проводится Землей в основном по данным телеметрической информации, поступающей с КА в процессе выполнения полетных операций, а также по информации экипажа.

Основной метод контроля - сравнение фактических значений параметров с их ожидаемыми значениями, получаемыми расчетным путем или моделированием

2. Программно-математическое обеспечение БКУ, алгоритмы управления бортовыми системами

Бортовой комплекс управления - это совокупность систем КА, обеспечивающих управление функционированием КА как единого целого, бортовые системы которого связаны между собой информационными каналами.

Распределение функций управления БКУ включает:

• сбор, обработку и хранение информации о работе систем КА;

• обмен информацией с НКУ;

• логическое управление и координацию работы всех систем КА;

• контроль состояния и функционирования отдельных систем КА, а также их диагностику;

• отображение информации для экипажа;

• реализацию программ управления бортовыми системами, заложенных в память БКУ;

При построении БКУ учитывают помимо функциональных и эксплуатационных требований, предъявляемых к КА, такие специфические требования, как:

• степень его автономности при выполнении полетных операций;

• возможность оперативного вмешательства в процессы управления БКУ со стороны НКУ.

Бортовой комплекс управления обычно имеет четыре режима работы:

• управление от НКУ;

• автономное управление, т. е. управление всеми системами по внутренним программам БКУ;

• смешанный режим, при котором часть управляющих воздействий формирует и передает на борт НКУ, а часть формирует и исполняет БКУ;

• управление с участием экипажа.

Первый режим применяется при проведении особо ответственных полетных операций и при первых включениях режимов в полете, второй - вне зоны видимости станций слежения НКУ и в том случае, когда полетная операция уже отработана, третий - чаще первых двух, так как обладает наибольшей гибкостью.

В процессе полета БКУ взаимодействует с НКУ через каналы связи, по которым передаются необходимая для функционирования контура управления полетом командная, уставочная и программная, телефонная, телеграфная, телевизионная и телеметрическая информации, сигналы радиоконтроля орбиты и сверки времени.