Наземная система состоит из элементов космической системы и вспомогательных средств. Элементы космической системы (mission elements) управляют космическим сегментом, или осуществляют обработку данных. Вспомогательные средства (facility elements) обеспечивают работу элементов космической системы или выполняют другие вспомогательные функции. Как элементы космической системы, так и вспомогательные средства содержат аппаратные средства, программно-аппаратные средства и программное. Персонал наземных станций осуществляет эксплуатацию и координирует действия физических компонентов. Эксплуатация космической системы состоит из координации действий наземных станций и управления космическим аппаратом.
Наземная станция – это наземное средство связи, предназначенное для управления космическим сегментом и, как правило, для приема данных полезной нагрузки.
Антенная система (antenna system) включает антенну (antenna) и опорно-поворотное устройство (mount), соответствующие электромеханические приводы (electro-mechanical actuators), пульты (consoles) и электронные схемы сервоприводов (servo circuitry), которые управляют антенной, волноводы и фидеры, которые передают высокочастотные сигналы к и от высокочастотного оборудования. Антенна совместно с приемным оборудованием обеспечивает выполнение требований по добротности (Добро́тность — параметр колебательной системы, определяющий ширину резонанса и характеризующий, во сколько раз запасы энергии в системе больше, чем потери энергии за время изменения фазы на 1 радиан.) на несущей частоте по каналу вниз. Антенна также работает с передающим оборудованием и обеспечивает требуемую эффективную изотропно-излучаемую мощность на несущей частоте по каналу вверх. Эти радиолинии рассматриваются в Главе 13. Опорно-поворотное устройство антенны должно обеспечивать требуемые углы поворота. Для низкой околоземной орбиты опорно-поворотное устройство должно обеспечивать обзор практически всей видимой полусферы. Кроме того, оно должно обеспечивать требуемые режимы поворота, например, режим программного слежения и автоматическое слежение. Автоматическое слежение (autotracking) означает использование принимаемых с космического аппарата сигналов для наведения антенны. В таком случае антенная система, как правило, обеспечивает постоянное определение координат наведения, которые используются компонентами, осуществляющими слежение.
8. 1) обеспечивает работу космического сегмента (космических аппаратов и их полезных нагрузок)
2) распространяет между пользователями космической системы целевые данные, собранные на борту космического аппарата и принятые на земле.
Управление орбитальным полетом КА (или орбитального блока (ОБ), в состав которого входят КА и РБ), проведение сеансов связи с КА, прогнозирование мест приземления спускаемых аппаратов и капсул осуществляется наземным комплексом управления. НКУ различных КК входят в состав наземного автоматизированного комплекса управления (НАКУ). Таким образом, НАКУ осуществляет управление всеми космическими аппаратами (военного, исследовательского и социально-экономического назначения) на всех этапах полета. НАКУ включает в себя мобильные и стационарные средства обмена с космическими аппаратами командно-программной, телеметрической и траекторной информацией, средства связи, а также средства автоматизированного сбора и обработки информации с необходимым математическим и информационным обеспечением. Средства НАКУ размещаются на Центральном командном пункте, центральных пунктах управления различными типами КА, баллистическом центре, центре обработки телеинформации и командно-измерительных комплексах. Для управления полетом пилотируемых космических кораблей в состав НАКУ введен Центр управления полетом.
Основой управления полетом любого КА является полетное задание, которое определяет порядок и последовательность функционирования бортовых систем КА, с учетом возникающих потребностей его оперативного изменения. Можно выделить три группы задач управления полетом КА:
1) коррекция орбиты на основании поступающей траекторной информации;
2) осуществление маневров КА в соответствии с полетным заданием;
3) контроль функционирования бортовых систем КА на основе телеметрической информации.
Для обеспечения работы космических аппаратов и их полезных нагрузок наземная система должна управлять аппаратами, следить за состоянием их подсистем, отслеживать их положение на орбите и по данным датчиков определять их ориентацию. Наземная система управляет космическим аппаратом и его приборами или полезной нагрузкой, передавая на борт команды управления. За исключением пассивных методов слежения (например, с помощью радара или отражения лазерного луча) для выполнения указанных функций наземная система пользуется телеметрическими данными и данными полезной нагрузки. Например, наземная система может использовать данные бортового радара для уточнения параметров орбиты космического аппарата.
9. Бортовая подсистема управления и обработки данных (англ. command and data handling subsystem) космического аппарата обеспечивает прием и обработку командно-программной информации и распределение команд управления между бортовымиабонентами подсистемы, а также сбор, форматирование и выдачу телеметрическойинформации по стандартным режимам эксплуатации космического аппарата – служебная телеметрическая информация (англ. housekeeping telemetry), и по режимам эксплуатацииаппаратуры полезной нагрузки космического аппарата. Обычно сбор и обработка служебнойтелеметрической информации осуществляется с перерывами (периодически), а обменкосмического аппарата с наземной станцией информацией в части приема-передачислужебной командно-программной и телеметрической информацией обычно осуществляетсясо скоростью, не превышающей 1000 бит/с. Скорость обмена космического аппарата сназемной станцией информацией в части приема-передачи командно-программной ителеметрической информацией аппаратуры полезной нагрузки зависит от типа иконструктивных особенностей указанной аппаратуры. Решение этих задач может потребоватьочень высоких скоростей передачи информации – от 0.01 Мбит/с до 500 Мбит/с – иорганизации хранения целевой информации аппаратуры полезной нагрузки на бортукосмического аппарата.
Бортовая подсистема управления и обработки данных космического аппарата может включать в себя устройства кодирования и декодирования информации, устройство задания последовательности операций или таймер, специализированный компьютер для решения задач обработки информации и оборудование для хранения информации на борту космического аппарата. Подсистема управления и обработки данных взаимодействует с подсистемой радиосвязи космического аппарата, принимая от последней командно- программную информацию и выдавая в нее отформатированный поток телеметрической информации. Кроме того, бортовая подсистема управления и обработки данных выдает команды управления и принимает телеметрическую информацию от других бортовых подсистем космического аппарата, и может иметь аналогичные интерфейсы с аппаратурой полезной нагрузки космического аппарата.