КОСМИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ, 2014, том 52, № 5, с. 360-365
УДК 520.6
ОСОБЕННОСТИ УПРАВЛЕНИЯ МИССИЕЙ "РАДИОАСТРОН"
© 2014 г. В. В. Хартов, А. Е. Ширшаков, М. И. Артюхов, Ю. В. Казакевич, А. З. Воробьев, А. И. Калашников, А. В. Погодин, Е. Н. Филиппова, С. В. Комовкин
НПО им. С.А. Лавочкина, г. Химки, aka@laspace.ru Поступила в редакцию 16.12.2013 г.
Рассмотрены средства обеспечения полета КА Спектр-Р, особенности функционирования ЦУП, управления КА. Рассмотрены программные средства обеспечения планирования, составления сеансов управления и моделирования работы КА. Представлены задачи баллистико-навигационного обеспечения полета КА. Рассмотрен наземный сегмент управления КА, программные средства анализа и отображения ТМИ.
DOI: 10.7868/S0023420614050070
ВВЕДЕНИЕ
Функционирование космической обсерватории "РадиоАстрон" основано на реализации метода РСДБ с использованием созданного в НПО им. С.А. Лавочкина космического радиотелескопа, связанного с Землей высокоинформативным радиоканалом. Структура наземно-космического радиоинтерферометра включает в себя центр управления полетом КА Спектр-Р (ЦУП-СР на базе ЦУП НПО им. С.А. Лавочкина), научный центр планирования эксперимента (НЦПЭ на базе АКЦ ФИАН), центры обработки научной информации в АКЦ ФИАН и ИКИ РАН, баллистический центр (БЦ — на базе ИПМ РАН), сеть наземных станций НСУ ("Кобальт-Р", использующий антенну ТНА-1500 (ОКБ МЭИ) в п. Медвежьи Озера под Москвой, и "Клен-Д", использующий самую большую в РФ антенную систему П-2500 (МО), расположенную недалеко от г. Уссурийск), сеть наземных станций слежения (НСС) в г. Пущино на базе антенны РТ-22 (АКЦ ФИАН) и в обсерватории Green Bank (США), наземные радиотелескопы, заинтересованные научные центры и отдельных исследователей.
Благодаря продемонстрированным высоким характеристикам созданного научного инструмента — наземно-космического интерферометра — в проекте в настоящее время помимо российского радиотелескопа в г. Калязин принимают участие многочисленные зарубежные радиотелескопы, включая крупнейшие в мире. Необходимость заблаговременного долгосрочного планирования их задействования является важной особенностью миссии "РадиоАстрон".
Организующими элементами миссии являются ЦУП-СР, обеспечивающий планирование ра-
боты КА и НСУ, а также НЦПЭ, обеспечивающий планирование научной программы, работу НРТ и НСС. Общий орган управления — Главная оперативная группа управления (ГОГУ), возглавляемая НПО им. С.А. Лавочкина и объединяющая в своем составе специалистов предприятий научной и технической кооперации, включая разработчиков бортовых систем КА.
ОРГАНИЗАЦИЯ УПРАВЛЕНИЯ КА СПЕКТР-Р
Особенность организации работы наземно-космического радиоинтерферометра и служб ГО-ГУ заключается в необходимости синхронного взаимодействия большого числа разнородных элементов миссии, часть из которых (наземные радиотелескопы, станции управления и т.д.) активно используется и в других программах.
Опыт эксплуатации КА научного направления показывает, что основным критерием эффективности научных программ являются следующие показатели: количество времени, отведенного на научные исследования за определенный календарный период; оперативность и надежность работы персонала ЦУП при срочном изменении программы наблюдений или режимов работы комплекса научной аппаратуры [2]. Эти показатели достигаются выбором оптимальной схемы управления, построением соответствующей технологии планирования и реализации программы научных наблюдений и сеансов связи, разработкой аппаратно-программных средств поддержки, согласованных технологий проведения сеансов связи и научных наблюдений, оптимальным построением НКУ.
Управление КА в полете осуществляется специалистами НПО им. С.А.Лавочкина, участво-
Рекомендации по Анализ научной информации Научная информация
изменению программы работ
Рис. 1
вавшими в работе на всех этапах проекта, начиная с проектирования систем и заканчивая наземными испытаниями КА. В процессе управления полетом КА Спектр-Р ГОГУ решает следующие основные задачи: организацию работ по координации взаимодействия всех элементов наземного сегмента, планирование работ по управлению КА в целях проведения научных наблюдений, организацию и проведение сеансов связи с КА, анализ функционирования бортовых систем КА, ЦУП и других элементов наземного сегмента, баллистико-на-вигационное обеспечение полета, прием с борта научной информации наземными станциями слежения и передачу ее в заинтересованные организации для дальнейшей обработки.
Управление КА Спектр-Р осуществляется по замкнутой схеме, условно представленной на рис. 1.
Технология управления КА Спектр-Р учитывает следующие требования, характерные для данной миссии: использование в составе наземного сегмента управления КА сетевых структур, средств планирования и управления полетом, объединенных общей сетью; сквозное планирование, когда результат работы планирующей программы предыдущего этапа используется для планирования программы очередного этапа (в заранее утвержденных формах); использование на всех этапах планирования в качестве базовых элементов единых типовых конструкций (типовые программы сеансов, блоки, типовые массивы управления системами КА); автоматизацию процессов технологического цикла управления КА (формирование долгосрочной программы работ с КА, формирование КПИ и планирование сеанса управления, процесса реализации сеанса); обеспечение автоматического приема ТМ-потоков, обработки, контроля всех ТМ-параметров и автоматизированного анализа ТМ-информации в ЦУП-Л в реальном времени; автоматизацию ана-
лиза состояния бортовых систем и КА в целом по результатам вторичной обработки телеметрической информации до уровня НОРМА/НЕНОРМА с целью оперативности обнаружения на начальной стадии опасных тенденций в работе бортовых систем и формирования рекомендаций для парирования нештатных ситуаций, возникающих на борту КА; применение математического моделирования, средств обработки и наглядного отображения результатов моделирования в задачах тестирования программ управления КА и задачах анализа функционирования систем по ТМИ с целью повышения надежности управления; возможность адаптации ПАО управления КА в полете к изменившимся условиям работы комплекса научной аппаратуры и служебных систем; использование при управлении КА рабочей документации и аппаратно-программных средств планирования, подготовки и реализации сеансов связи, прошедших отработку при проведении комплексных испытаний КА на Земле.
Основными этапами технологического цикла управления миссией являются: планирование, реализация и послесеансная обработка информации. Планирование работы миссии имеет трехуровневую структуру. Долгосрочное научное планирование (на период до года) является первым, верхним уровнем. Оно заключается в сборе заявок на проведение научных экспериментов, оценке их реализуемости, составлении приоритетности списка источников и составлении программы исследований, определении компромиссной последовательности работ с КА по выполнению программы научных наблюдений с учетом всех заинтересованных сторон и всех факторов, влияющих на выполнение программы (баллистических ограничений, ограничений в работе систем КА и наземных средств). На этом этапе проводится оценка реализуемости программы
научных наблюдений. Среднесрочное планирование (на месяц) детализирует программу работ КА, подтверждает задействование средств НКУ и сети наземных радиотелескопов, уточняет времена наблюдения исследуемых источников и определяет времена сеансов лазерной дальнометрии, участки работы приборов КРТ и комплекса Плаз-ма-Ф, времена проведения сеансов управления с учетом зон видимости и дальности с учетом функциональных ограничений на наземные и бортовые средства, возможности наведения на наземные станции слежения остронаправленной антенны, обеспечения энергетического и теплового баланса и т.д. Оперативное планирование (на сутки), включает тестирование КПИ и программы сеанса управления на наличие ошибок, проверку функционирования КА на имитационно-моде-лирующем стенде на соответствие заданной программе.
Для планирования используется специально разработанное программное обеспечение, предназначенное для формирования кодовых команд управления КА, составления массивов полетных заданий (ПЗ), редактирования команд управления и режимов ПЗ, составления сеансов связи, проверки заявок и сеанса связи на временные и структурные ограничения КПИ. Выполнение этих задач в автоматическом и полуавтоматическом режимах позволило исключить ошибки в формировании программ, повысить эффективность решения задач планирования и надежность управления, снизить общее время подготовки сеанса управления. Комплекс программ планирования строится по модульному принципу и включает в себя: редактор составления программы сеанса; редактор составления ПЗ; редактор кодовых команд; редактор команд управления с параметрами; редактор массивов цифровой информации; генератор массивов КПИ; модуль формирования заявок на операции с КА. Каждый редактор обладает интуитивным интерфейсом и мощными средствами редактирования с контролем корректности ввода информации и защитой от ошибок, вносимых оператором.
Для проверки программы сеанса и программы функционирования КА в автономном режиме используется имитационно-моделирующий стенд, на котором проводится сквозное (от сеанса к сеансу) математическое моделирования работы КА, результатом которого является протокол моделирования и ТМИ КА. При необходимости "физического" моделирования используется комплексный стенд разработчика бортового комплекса управления (БКУ) - МОКБ "Марс". В ходе обработки протокола моделирования осуществляется его проверка в автоматическом режиме. Для наглядности отображения результатов моделирования временная диаграмма полета выводится в текстовом и графическом виде. Данная схема ор-
ганизации планирования позволяет максимально эффективно использовать ресурсы КА.
Реализация сеанса связи включает в себя передачу на борт командно-программной информации, а также оперативный контроль и анализ технического состояния бортовых систем КА.
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.