АСТРОНОМИЧЕСКИЙ ВЕСТНИК, 2011, том 45, № 3, с. 233-237
УДК 520.6.05/.08-13/-17
ПОСТРОЕНИЕ НАЗЕМНОГО КОМПЛЕКСА ПРИЕМА, ОБРАБОТКИ, РАСПРОСТРАНЕНИЯ ИНФОРМАЦИИ И УПРАВЛЕНИЯ НАУЧНЫМИ ПРИБОРАМИ В КОСМИЧЕСКОМ ПРОЕКТЕ КОРОНАС-ФОТОН
© 2011 г. А. С. Буслов, Ю. Д. Котов, В. Н. Юров, М. В. Бессонов, П. А. Калмыков, Е. М. Орешников, А. М. Алимов, А. В. Туманов, Е. А. Жучкова
Институт астрофизики НИЯУМИФИ, Москва Поступила в редакцию 16.05.2010 г.
В работе рассматривается организационная структура наземного комплекса приема, обработки и распространения научной информации, созданная в Институте астрофизики НИЯУ МИФИ. Описаны структура его аппаратных средств и особенности работы программного обеспечения. Приведены принципы формирования пакетов управляющих команд для приборов комплекса научной аппаратуры и представлены статистические данные по работе комплекса за год полета в ходе летных испытаний космического аппарата.
ВВЕДЕНИЕ
Создание наземного комплекса приема, обработки и распространения целевой информации (НКПОР) космического проекта КОРОНАС-ФОТОН учитывало следующие особенности его функционирования: жесткое расписание и ограничение по продолжительности сеансов приема; невос-полнимость потерь накопленных научных данных, необходимость максимально оперативной передачи обработанных данных конечному потребителю и важность быстрой подготовки программ управления научными приборами в соответствии с результатами экспресс-анализа информации (например, развития вспышечного процесса на Солнце).
При подготовке к запуску российской космической обсерватории КОРОНАС-ФОТОН, предназначенной для комплексных исследований Солнца и солнечно-земных связей, решался целый ряд организационных и технических вопросов, связанных с созданием НКПОР и наземного комплекса управления научными приборами, обеспечивающих решение задач научных исследований на современном техническом уровне. В данной работе рассмотрены организационно-технические решения, примененные в проекте КОРОНАС-ФОТОН, и дана оценка их целесообразности по итогам года летных испытаний космического аппарата.
ОРГАНИЗАЦИОННАЯ СТРУКТУРА
Совместным решением Роскосмоса и Совета по космосу Российской академии наук функции Оператора проекта были возложены на головную научную организацию проекта — Московский инженерно-физический институт (государственный университет), преобразованный позже в Национальный
исследовательский ядерный университет "МИФИ" (НИЯУ МИФИ). Прием данных осуществлялся в Научном центре оперативного мониторинга Земли (НЦ ОМЗ ФГУП "РНИИКП"). На базе НЦ ОМЗ был развернут Наземный комплекс приема и обработки информации (НКПОИ), в составе основного и резервного приемных комплексов, а в НИЯУ МИФИ создан Центр экпресс-обработки, накопления и хранения данных (ЦЭОНХД), предназначенный для взаимодействия с НКПОИ, разработчиками приборов, структурами наземного комплекса управления (НКУ), а также иными потребителями научной информации. В совокупности структуры НКПОИ и ЦЭОНХД образовали НКПОР управляемый Оператором проекта (рис. 1).
Внешними абонентами НКПОР стали в первую очередь структуры НКУ — Центр управления полетом КОРОНАС-ФОТОН (ЦУП К-Ф), созданный в ЦУП ФГУП ЦНИИмаш, сектор главного конструктора (СГК), развернутый в ФГУП "НИИЭМ", а также десять научных коллективов, поставивших в комплекс научной аппаратуры (КНА) ФОТОН приборы собственной разработки. После начала работы число абонентов НКПОР стало расширяться за счет подключения сторонних потребителей целевой информации, таких как структуры Росгидромета.
ОРГАНИЗАЦИЯ ПЕРЕДАЧИ И ПРИЕМА ИНФОРМАЦИИ С КА
Сбор информации и ее хранение на борту КА осуществляется Системой сбора и регистрации научной информации (ССРНИ), разработанной Институтом космических исследований РАН. ССРНИ осуществляет сбор информации от комплекса научной аппаратуры и хранение ее в долговременной памяти. Данные представляют собой информацион-
КА "КОРОНАС-ФОТО:
Резервный пункт Основной пункт приема приема
Расписание сеансов связи
Баллистический вектор
План регламентных работ
Оценка качетсва приема
сервер Целевая информация
Научный совет проекта "КОРОНАС-ФОТОН"
ЦЭОНХД О
РОСГИДРОМЕТ
МИФИ (Москва)
БРМ
ФОКА
НАТАЛЬЯ-2М
TIFR (Индия) RT-2
ФТИ РАН (Спб)
ПИНГВИН-М
КОНУС-РФ
ИКИ (Москва)
ССРНИ
БУС-ФМ
ФИАН (Москва) ТЕСИС
ИЗМИРАН (Троицк) СОКОЛ
НИИЯФ МГУ (Москва) ЭЛЕКТРОН-М-ПЕСКА
ХНУ (Украина) СТЭП-Ф
Рис. 1. Структура НКПОР КА КОРОНАС-ФОТОН.
ные цифровые массивы объемом по 960 бит. Скорость передачи каждого массива составляет 62.5 или 125 Кбит/с. Число источников информации — 19. Распределение памяти между источниками цифровых массивов устанавливается в соответствии с квотами и может изменяться по командам. Кроме того, в ССРНИ регулярно поступают данные бортовой аппаратуры телесигнализации (БАТС), для которых канал передачи на Землю через ССРНИ является резервным. Общий объем памяти, предназначенной для накопления научной информации, составляет 1.5 Гбайт. Для перераспределения свободной памяти между цифровыми источниками в ССРНИ существует система квотирования, управляемая по командам с Земли. При очередном сеансе связи на ССРНИ поступает команда "воспроизведение", по которой накопленный объем информации начинает передаваться в Бортовую информационную систему КОРОНАС-ФОТОНа (БИС-КФ), разработанную ФГУП "РНИИКП".
В рабочем режиме перед выдачей в радиолинию в БИС-КФ информация ССРНИ подвергается поме-хозащищающему кодированию кодером Рида-Соломона, снабжается маркером и трехбайтовым номером транспортного пакета, а также подвергается кодированию сверточным кодером. При проектировании описанный механизм преобразования информации перед выдачей в радиолинию предпола-
гался в качестве экспериментального: в основном режиме предполагалось передавать информацию без наложения помехозащищающих кодеров, на вдвое меньшей скорости (7.68 Мбит/с). Однако тестовые передачи данных на начальном этапе работы КА в обоих режимах показали не только целесообразность введения кодирования, но и его необходимость при работе с данным КА. Таким образом, во время сеансов связи информация, накопленная в ССРНИ, передавалась со скоростью до 15.36 Мбит/с.
Особенностью работы КА КОРОНАС-ФОТОН является одноосная ориентация на Солнце, которая не позволяет ориентировать аппарат относительно наземной приемной станции. Для предотвращения потерь научной информации на КА использовались две передающие антенны с перекрывающимися диаграммами направленности, которые передают в сеансе связи информацию одновременно на двух частотах 8128 и 8320 МГц (для предотвращения интерференции сигнала). Прием информации осуществляется приемным комплексом также на двух частотах одновременно. Однако данная особенность передачи данных потребовала необходимости объединения данных, полученных по обоим каналам, в единый поток перед выдачей информации потребителям. Данная операция проводится в ЦЭОНХД, в то время как НКПОИ обеспечивает регистрацию сигнала, снятие помехозащищающего кодирования
и размещение полученных по обоим каналам данных на БТР-сервере (для доступа НИЯУ МИФИ). Там же размещается сопутствующая информация — протокол сеанса, отражающий число ошибок в син-хромаркерах по каждому из каналов.
В проекте КОРОНАС-ФОТОН помимо основного приемного комплекса ПК-7, использовался в качестве резервного комплекс ПК-2, для чего проведена его доработка. Данное решение принималось, исходя из плановой загруженности основного комплекса и возможности наложения по времени сеансов приема для нескольких КА. На практике для обеспечения полного бессбойного приема данных потребовался перевод приемного комплекса ПК-2 в режим горячего резервирования из-за различных случайных факторов, влияющих на прием информации на ПК-7.
Планированием сеансов приема информации занимается Оператор проекта, исходя из необходимости проведения сеансов приема на четырех суточных витках (двух восходящих и двух нисходящих) и исключения витков с мертвыми зонами, существующими из-за особенностей работы приемных комплексов. При этом подготовку командной информации для БИС-КФ и радиолинии осуществляет СГК, а выдачу плана-задания для НКПОИ осуществляет Оператор.
ОРГАНИЗАЦИЯ УПРАВЛЕНИЯ ПРИБОРАМИ КНА ФОТОН
Управление КА КОРОНАС-ФОТОН разделено на две ключевые составляющие: управление бортовыми служебными системами КА осуществляется СГК, а управление КНА ФОТОН осуществляется Оператором. Для обеспечения надежного обмена командной информацией между Оператором и ЦУП К-Ф, а так же между СГК и ЦУП К-Ф были организованы выделенные каналы файловой и голосовой связи, с созданием на базе ЦУП К-Ф фай-лообменного сервера, открытого для трех указанных абонентов. Заявки на управление размещаются и СГК и Оператором на файлообменном сервере, после чего объединяются в сводную программу сеанса связи и преобразуются к виду, годному для восприятия КИС Компарус, установленной на КА КОРОНАС-ФОТОН. Перед выдачей программы сеанса связи на командно-измерительные пункты (КИП) для последующей ее загрузки на борт КА подготовленные цифровые массивы проходят независимую перепроверку в ЦУП К-Ф, СГК и у Оператора.
Командная информация по отдельным приборам КНА ФОТОН начинает формироваться в организациях-разработчиках отдельных приборов, в соответствии с потребностями данного прибора в сервисном обслуживании и программой научных экспериментов, проводимых с его использованием. В ходе подготовки к летным испытаниям было при-
нято решение, что форма заявки на управление прибором должна соответствовать той форме, которая была принята во время комплексных и лабораторных испытаний. Поэтому разработчики приборов готовят заявки на управление в знакомом им виде, а задача преобразования их к виду, годному для восприятия бортовой управляющей машиной (БУМ) ложится на Оператора. В эксперименте КОРОНАС-ФОТОН имеется два типа команд — релейные команды, выдаваемые в прибор из БУМ через Блок управления и соединений (БУС-ФМ) и командные слова, выдаваемые в прибор из БУМ через ССРНИ. При этом команды, загружаемые на борт, могут не только непосредственно передаваться в прибор,
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.