Блок-2. Конструирование наземных автоматизированных комплексов управления (30)
21. Процесс проектирования наземных автоматизированных комплексов управления.
Проектирование – итерационный процесс, в ходе которого производится постепенное уточнение требований и способов их выполнения, то есть для каждой разрабатываемой системы мы должны неоднократно повторять типовой процесс, представленный в табл. 1-1. Первые несколько итераций могут быть выполнены в течение одного дня, однако для более детализированных требований этот процесс будет более продолжительным
В результате последовательных итераций в общем случае будут получена более детализированная и уточненная концепция космической системы. Однако мы все же должны систематически возвращаться к пересмотру общих целей системы, и искать пути их достижения при меньших затратах. Методы, используемые для решения задач, могут изменяться в соответствии с развитием техники, нового понимания задач либо просто в связи с появлением свежих идей и подходов при расширении круга специалистов, привлекаемых для участия в проектных работах.
Результаты этого итерационного процесса должны документироваться. Если мы хотим пересматривать принятые решения по мере появления новой информации, мы должны четко понимать и сообщать другим причины, обуславливающие принятие соответствующих решений. Документирование необходимо для решений, принимаемых на основе технических расчетов и, что не менее важно, для решений, вытекающих из простоты и удобства оценки либо из политических соображений.
22. Этапы проектирования наземных автоматизированных комплексов управления.
23. Итерации при проектировании наземных автоматизированных комплексов управления.
В результате последовательных итераций в общем случае будут получена более детализированная и уточненная концепция космической системы. Однако мы все же должны систематически возвращаться к пересмотру общих целей системы, и искать пути их достижения при меньших затратах. Методы, используемые для решения задач, могут изменяться в соответствии с развитием техники, нового понимания задач либо просто в связи с появлением свежих идей и подходов при расширении круга специалистов, привлекаемых для участия в проектных работах.
Результаты этого итерационного процесса должны документироваться. Если мы хотим пересматривать принятые решения по мере появления новой информации, мы должны четко понимать и сообщать другим причины, обуславливающие принятие соответствующих решений. Документирование необходимо для решений, принимаемых на основе технических расчетов и, что не менее важно, для решений, вытекающих из простоты и удобства оценки либо из политических соображений.
Основные требования к проектированию наземных комплексов управления космическими аппаратами.
Двумя основными факторами, которые необходимо учитывать при проектировании наземной системы, являются требуемые зоны видимости космических аппаратов и количество, расположение и разнообразие интересов пользователей. Вместе эти два фактора определяют количество, расположение и уровень сложности наземных станций, центров управления полезной нагрузкой и центров управления космическими аппаратами, а также каналов связи, которые объединяют отдельные элементы наземной системы и пользователей.
Требуемые зоны видимости космического аппарата
Требуемые зоны видимости космического аппарата в значительной мере определяют количество антенн и наземных станций, необходимое для обслуживания данной космической системы. Зоны видимости в данном случае определяют частоту сеансов связи и процент времени, на протяжении которого космический аппарат должен поддерживать связь с наземной системой. Для геостационарных орбит одна наземная станция может обеспечить практически 100% видимость космического аппарата. Но космические аппараты на низких околоземных орбитах могут требовать привлечения большого количества наземных станций, поскольку каждая наземная станция может поддерживать связь с космическим аппаратом на протяжении ограниченного периода времени. Указанные временные ограничения рассмотрены в разделе 5.3, в котором в примере расчета определено, что время, в течение которого спутник находится в зоне радиовидимости наземной станции, составляет 12,3 мин. Обратите внимание, что это время практически равно максимальному времени, поскольку трасса спутника проходит почти через наземную станцию. Среднее время прохождения спутника через зону радиовидимости наземной станции будет значительно меньше 12 мин.
25. Учет требуемых зон видимости космического аппарата при проектированию наземных комплексов управления.
Требуемые зоны видимости космического аппарата в значительной мере определяют количество антенн и наземных станций, необходимое для обслуживания данной космической системы. Зоны видимости в данном случае определяют частоту сеансов связи и процент времени, на протяжении которого космический аппарат должен поддерживать связь с наземной системой. Для геостационарных орбит одна наземная станция может обеспечить практически 100% видимость космического аппарата. Но космические аппараты на низких околоземных орбитах могут требовать привлечения большого количества наземных станций, поскольку каждая наземная станция может поддерживать связь с космическим аппаратом на протяжении ограниченного периода времени. Указанные временные ограничения рассмотрены в разделе 5.3, в котором в примере расчета определено, что время, в течение которого спутник находится в зоне радиовидимости наземной станции, составляет 12,3 мин. Обратите внимание, что это время практически равно максимальному времени, поскольку трасса спутника проходит почти через наземную станцию. Среднее время прохождения спутника через зону радиовидимости наземной станции будет значительно меньше 12 мин.
Такое короткое время видимости жестко ограничивает время, в течение которого наземные станции должны передать команды управления и принять данные с космического аппарата. Поэтому, скорости передачи данных будут выбираться в зависимости от объема данных, которые должны быть переданы за одно прохождение. Для большинства космических аппаратов объем командной информации и телеметрических данных довольно маленький, что позволяет передавать их с низкими скоростями, как правило, не превышающими нескольких килобит в секунду. При такой скорости командная информация передается всего за несколько секунд. Но сброс записанных данных полезной нагрузки часто приходится производить с более высокими скоростями. Таким образом, ограниченное время видимости накладывает наиболее жесткое ограничение на характеристики канала связи "вниз".
26. Учет количества пользователей и их расположения при проектированию наземных комплексов управления.
Требования пользователей определяют уровень сложности системы распределения данных. Часто пользователям необходимы отдельные части потока данных, получаемого с космического аппарата, требования по обработке которых могут быть различны, поэтому обработка данных должна быть эффективной и гибкой. Типичным подходом к разработке системы обработки и распределения данных является создание блок-схем функций обработки, которые необходимы для распределения данных пользователям. На вход каждой блок-схемы подается поток данных, получаемый с космического аппарата. Мы прослеживаем прохождение данных через каждый блок, делаем ответвления в точках, где данные какого-либо пользователя готовы к использованию, и указываем какого типа дополнительную обработку необходимо провести. На блок-схеме также указываются скорости передачи данных на входе и выходе каждого блока. Скорость передачи данных, которая получается на выходе блок-схемы, определяет пропускную способность канала связи.
На рис. 15..44 показана блок-схема обработки данных, характерная для научного космического аппарата, данные трех научных приборов которого объединяются в один поток и передаются на землю. Блок-схема предполагает, что существует три пользователя, каждый из которых получает все данные одного из приборов и небольшую часть данных двух других приборов. На блок-схеме приведены функции обработки данных и скорости, которые должны обеспечивать каналы связи. Более детально схема обработки данных разрабатывается на последующих этапах проектирования.
27. Основные факторы, которые должны учитываться при проектировании наземных комплексов управления КА.
Двумя основными факторами, которые необходимо учитывать при проектировании наземной системы, являются требуемые зоны видимости космических аппаратов и количество, расположение и разнообразие интересов пользователей. Вместе эти два фактора определяют количество, расположение и уровень сложности наземных станций, центров управления полезной нагрузкой и центров управления космическими аппаратами, а также каналов связи, которые объединяют отдельные элементы наземной системы и пользователей.
28. Состав и назначение земных станций.
В состав оборудования типового ТК входит ТлОб следующих видов (рисунок 7.1):
- монтажно-стыковочное оборудование (МСО);
- подъемно-перегрузочное оборудование (ППО);
- стендовое оборудование (СтО);
- транспортное оборудование (ТрО).
- пневмовакуумное оборудование (ПВО);
- комплект проверочного оборудования (КПО);
- системы термостатирования (СТС);
- заправочно-нейтрализационные системы (ЗНС);
- комплект оборудования для хранения РКН и ее составных частей и содержания их в готовности;
- системы наземного электроснабжения специальными токами (СНЭСТ)
29. Состав и назначение основных элементов ракетно-космического комплекса.
Космический комплекс представляет собой совокупность функционально взаимосвязанных орбитальных и наземных технических средств, предназначенных для решения задач в космосе и из космоса в составе космической системы. КК предназначен для решения следующих задач [11, 12, 30]: 1) подготовка и запуск КА на заданную орбиту; 30 2) прием КА на управление на основании телеметрической информации о соответствии параметров орбиты заданным значениям и состоянии бортовых систем КА; 3) ввод КА в летную эксплуатацию и снятие КА с эксплуатации; 4) управление орбитальным полетом КА, контроль состояния и оценка качества функционирования бортовых систем КА в полете; 5) выполнение целевых задач в космосе и подготовка информации для доставки потребителю; 6) обнаружение и обслуживание возвращаемых с орбиты элементов КА, а также отделяемых частей РН; 7) поддержание ОГ КА в требуемом составе. Как было отмечено выше, КК является неотъемлемой частью КС.
30. Классификация ракетно-космических комплексов.
Ракетно-космические комплексы являются универсальными и входят в состав различных космических комплексов. Технический облик РКК определяется ракетой-носителем. Название ракеты-носителя дает название и самому РКК. Например, РН «Протон» и РКК «Протон». Структура РКК представлена на рисунке 2.2. КСИСО предназначен для обеспечения контроля параметров РКН и ее составных частей при подготовке на ТК и СК, а также при полете РКН на участке выведения, обработки, документирования и распределения информации между потребителями. Основными функциями КСИСО являются: - привязка измерений к единой шкале времени; - автоматизированный сбор, обработка, отображение и документирование информации о параметрах систем РКН на ТК и СК; - внешние траекторные измерения на активном участке полета РКН (на участке выведения) с помощью радиолокационных станций; - прием радиосигналов от системы телеметрических измерений РКН;
31. Состав и назначение основных элементов ракетно-космического комплекса.
Ракетно-космический комплекс предназначен для подготовки РН, КА, РБ к применению по назначению и вывода КА (ОБ) на околоземную орбиту. Анализ выполняемых РКК функций показывает, что все они могут быть разделены на две группы [11, 18, 30]: 1) приведение бортовых систем РН, КА, РБ в состояние, позволяющее провести пуск РКН в установленное время, вывести КА на заданную орбиту и обеспечить функционирование КА в полете; 2) проверка технического состояния бортовых систем РН, КА, РБ и устранение обнаруженных неисправностей. Технология всех проводимых при функционировании РКК работ определяется конструкцией КСр. Объем и длительность процесса подготовки РН, КА, РБ, степень автоматизации работ и обработки их результатов характеризуют эксплуатационное совершенство КСр. При функционировании РКК решаются следующие задачи: - транспортирование РН, КА, РБ и комплектующих элементов с предприятия-изготовителя или арсенала на космодром; - хранение РН, КА, РБ и комплектующих элементов; - подготовка РН, КА, РБ на техническом комплексе и сборка РКН; - транспортирование РКН на стартовый комплекс; - подготовка РКН к пуску на стартовом комплексе, заправка РН (и РБ) КРТ, пуск РКН