научная статья по теме УПРАВЛЕНИЕ И КОНТРОЛЬ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ БОРТОВОГО КОМПЛЕКСА НАУЧНОЙ АППАРАТУРЫ КОСМИЧЕСКОГО РАДИОТЕЛЕСКОПА Космические исследования

Текст научной статьи на тему «УПРАВЛЕНИЕ И КОНТРОЛЬ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ БОРТОВОГО КОМПЛЕКСА НАУЧНОЙ АППАРАТУРЫ КОСМИЧЕСКОГО РАДИОТЕЛЕСКОПА»

КОСМИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ, 2015, том 53, № 3, с. 199-206

УДК 520.8

УПРАВЛЕНИЕ И КОНТРОЛЬ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ БОРТОВОГО КОМПЛЕКСА НАУЧНОЙ АППАРАТУРЫ КОСМИЧЕСКОГО РАДИОТЕЛЕСКОПА

© 2015 г. М. С Бургин1, П. А. Войцик1, А. М. Кутькин1, М. М. Лисаков1, Е. Н. Миронова1, К. В. Соколовский1, 2, Е. Н. Фадеев1

1Астрокосмический центр Физического института им. П.Н. Лебедева РАН, г. Москва 2Государственный астрономический институт им. П.К. Штернберга МГУ

lisakov@asc.rssi.ru mironova@asc.rssi.ru Поступила в редакцию 16.12.2013 г.

В настоящей статье излагаются используемые в АКЦ ФИАН методы подготовки командных последовательностей, управляющих режимами работы приборов БКНА, а также описываются средства, обеспечивающие своевременное получение информации о реальном состоянии бортовой аппаратуры и позволяющие, тем самым, оперативно оценивать адекватность выбранных режимов решаемым научным задачам и оперативно реагировать на нештатные ситуации. Кратко описаны основные моменты взаимодействия с другими подсистемами и их средствами управления.

Б01: 10.7868/80023420615030048

ВВЕДЕНИЕ

Основной задачей наземного сегмента системы управления бортовым комплексом научной аппаратуры (БКНА) космического радиотелескопа является подготовка и передача на борт орбитальной обсерватории "РадиоАстрон" последовательностей команд, обеспечивающих режим работы обсерватории, оптимальный с точки зрения описанной в [1] научной программы на-земно-космического интерферометра. Эффективное функционирование интерферометра невозможно без корректной работы большого числа весьма разнородных подсистем, являющихся либо его составной частью (космический радиотелескоп, научные станции слежения, наземные радиотелескопы), либо входящих в систему обеспечения интерферометра теми или иными необходимыми материальными и информационными ресурсами (базовая космическая платформа "Навигатор", наземная инфраструктура, обеспечивающая управление орбитальной обсерваторией и доставку передаваемых ею данных конечным пользователям, средства определения параметров орбиты и т.п.). Управление этими подсистемами осуществляется большим числом организаций, в том числе АКЦ ФИАН, НПО им. С.А. Лавочкина (НПОЛ), ИКИ РАН, многочисленными наземными радиоастрономическими обсерваториями и др.

СОСТАВЛЕНИЕ РАСПИСАНИЯ СЕАНСОВ РАБОТЫ КРТ

С точки зрения научной программы основной единицей планирования является сеанс наблюдений в режиме радиоинтерферометрии со сверхдлинной базой (РСДБ). В большинстве случаев, во время РСДБ сеанса антенна космического радиотелескопа непрерывно наведена на один и тот же исследуемый объект, который одновременно наблюдается на наземных РСДБ станциях. При этом антенна высокоинформативного канала связи (ВИРК) [2], обеспечивающего передачу широкополосного интерферометрического сигнала с борта КА, наведена на одну из наземных станций слежения (НСС), осуществляющих прием и запись переданной информации.

Кроме РСДБ сеансов аппаратура КРТ используется и в некоторых других типах сеансов. Из них наиболее важными для выполнения научной программы и чаще всего проводимыми являются т.н. "юстировочные сеансы", предназначенные для определения параметров диаграммы направленности КРТ и контроля системы ориентации спутника. В этих сеансах наземные обсерватории не участвуют, а с помощью КРТ наблюдается изолированный точечный достаточно яркий объект. Во время наблюдений ориентация спутника меняется по заранее заданной программе таким образом, чтобы можно было измерить изменение мощности принимаемого сигнала при смещении наблюдаемого объекта относительно оптической

199

2*

оси антенны КРТ. Результаты измерений записываются в бортовое запоминающее устройство и затем передаются на Землю с помощью системы связи базовой платформы.

Для того чтобы по возможности исключить помехи со стороны радиоэлектронной аппаратуры спутника, обмен данными между базовой платформой и Землей во время работы приемников КРТ сведен к минимуму. Передача информации со спутника на Землю во время РСДБ сеансов производится только через ВИРК, а передатчики базовой платформы выключены. Все команды управления бортовой аппаратурой записываются заранее в память бортовой системы управления при проведении специально организуемых для этой цели сеансов связи — т.н. "сеансов управления". С точки зрения максимизации времени, доступного для астрономических наблюдений, желательно проводить сеансы управления по возможности реже и в каждом полетном задании задавать программы для возможно большего числа РСДБ сеансов. Однако конечный объем памяти бортового вычислительного комплекса и другие причины накладывают определенные ограничения на общее число команд управления КРТ, передаваемых за один сеанс управления, а также на интервал между двумя последовательными управляющими сеансами. Как правило, продолжительность этого интервала составляет от нескольких часов до нескольких суток и за это время производится от 1 до 20 РСДБ сеансов по 30— 60 мин каждый.

Первым этапом подготовки наблюдений на наземно-космическом интерферометре является составление оптимального месячного расписания сеансов, совместимого со всеми ограничениями, накладываемыми на работу наземно-космического интерферометра. При этом оптимизируемым параметром является степень удовлетворения заявок от научных групп. Ограничения вызваны естественными (видимостью источников со спутника и наземных РСДБ станций, видимостью спутника со станций слежения), техническими (ограничениями на продолжительность РСДБ сеансов КРТ и интервалов между ними, необходимостью выделения времени на сеансы управления и т.п.) и организационными (занятостью наземных РСДБ станций другими программами) причинами.

Существует два подхода к использованию на-земно-космического интерферометра для решения научных задач: "обзор лепестков" и "построение изображения". Обзор лепестков предполагает измерение амплитуды отклика интерферометра (интерференционного лепестка) на нескольких наземно-космических базах для последующего сравнения с простой параметрической моделью. Эта модель может задавать пространственное

(при наблюдении внегалактических источников в континууме) и спектрально-пространственное (при наблюдениях мазеров) распределение яркости, или статистические характеристики, описывающие рассеяние излучения в межзвездной среде (при наблюдениях пульсаров). Обработка наблюдений позволяет получить параметры модели и, тем самым, информацию о физических свойствах исследуемых объектов. Наблюдения в рамках обзора лепестков обычно состоят из нескольких отдельных сеансов. Продолжительность каждого сеанса определяется необходимостью получить несколько независимых измерений (каждое из которых ограничено возможным временем когерентного накопления сигнала, составляющим около 10 мин на сантиметровых волнах) и составляет, обычно, величину порядка одного часа. Интервал между сеансами, входящими в обзор, определяется временем, требуемым для значительного изменения базы вследствие движения спутника. В обзорных наблюдениях необходимо участие, как минимум, одного крупного наземного телескопа для получения отклика на наземно-космической базе и одного телескопа меньшего диаметра для измерения амплитуды отклика на базе Земля—Земля и проверки правильности работы большого телескопа. Преимуществами обзора лепестков являются малые требования по времени наблюдения и количеству участвующих наземных телескопов, а также отсутствие принципиальных ограничений на величину проекции наземно-космической базы. Основным ограничением метода является то, что получаемые с его помощью результаты являются модельно-зависи-мыми, и их точность зависит от того, насколько адекватно используемая модель описывает исследуемый объект.

Построение изображения требует участия большого количества наземных телескопов, наблюдающих совместно с КРТ в течение продолжительного времени с небольшими перерывами на охлаждение космического телескопа и калибровку наземных телескопов. Полученные в таком эксперименте измерения амплитуды и фазы коррелированного сигнала на большом количестве различных баз позволяют восстановить изображение радиоисточника путем обратного Фурье-преобразования измеренного комплексного сигнала с использованием алгоритмов CLEAN и самокалибровки (т.н. "гибридное картографирование"). Такой метод наблюдений позволяет получить значительно больше информации о структуре радиоисточника, чем наблюдения в режиме обзора, однако он имеет ограничения, связанные с необходимостью достаточно равномерного заполнения измерениями исследуемого диапазона баз. На практике это означает, что для успешного восстановления изображения максимальная назем-но-космическая база не должна более чем в не-

сколько раз превышать максимальную из наземных баз. Это условие накладывает ограничение на достигаемое угловое разрешение интерферометра и требует проведения наблюдений в то время, когда спутник находится вблизи перигея.

Исходными данными для составления расписаний являются поступающие от научных групп заявки на наблюдения, в которых содержится описание решаемых задач и используемых подходов. При планировании наблюдений, в первую очередь, определяются даты экспериментов по построению изображений, т.к. они жестко привязаны во времени к интервалу вблизи прохождения перигея и требуют участия большого количества наземных телескопов. Поскольку у многих телескопов возможности участия в совместных с КРТ наблюдениях ограничены, то организация таких экспериментов требует согласования времени наблюдений с наземными обсерваториями за 6—12 мес. до его проведения. Необходимость такого долгосрочного планирования создает трудности, связанные с невозможностью уверенного предсказания времени наблюдения для КРТ из-за ограниченной точности долгосрочного предсказания орбиты. При планировании на год вперед реальные наблюдения КРТ могут оказаться сдвинутыми относительно запланированных на несколько десятков минут. Отрицательные последствия такого сдвига частично смягчаются большой длительностью экспериментов по картографированию, которая обычно составляет более 10 ч. Короткие наблюдения в рамках обз

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.

Показать целиком