Билет №6
Командно - программное управление КА
Полет - это завершающая стадия создания КА. Различные задачи полета существенно влияют на организацию управления полетом. Как правило, в испытательном полете участвует большое количество специалистов - создателей систем и конструкции КА, в процессе такого полета происходит отладка и проверка наземных средств математического обеспечения и организационной структуры наземных служб. Полет отработанного, серийного КА обеспечивается специализированными службами управления с привлечением специалистов по КА только на самых ответственных участках полета.
Программа реализации полетной операции - это временная циклограмма работы систем КА, экипажа и основных средств, участвующих в управлении полетом, с указанием информационного обмена между КА и Землей. Программа реализации полетной операции служит основой для разработки программы управления бортовыми системами и наземными средствами, участвующими в управлении полетом.
Для пилотируемого КА программу реализации разрабатывают с учетом суточного расписания деятельности экипажа.
При разработке программы полета рассчитывают не только основные (штатные) варианты программы реализации, но и варианты изменения полета при отклонениях в режимах работы КА или отдельных отказах приборов и агрегатов.
На основании программы полета уточняют состав средств, привлекаемых к управлению полетом, составляют планы их работы, которые увязывают с программами полета других КА.
Службы и средства, обеспечивающие управление полетом КА, решают такие основные задачи, как:
реализация программы полета КА для достижения целей полета;
обеспечение безопасности экипажа и сохранности (живучести) КА;
выход из нештатных ситуаций и нейтрализация их последствий.
Управление полетом - это непрерывный процесс, в котором можно выделить следующие его составляющие:
долгосрочное планирование - долгосрочный план текущего участка полета;
текущее планирование - разработка программы на сутки или несколько ближайших суток;
реализация текущей полетной операции - собственно управление полетом;
контроль выполнения полетной операции и состояния КА;
обработка научной информации, поступающей с КА, и передача ее потребителям;
корректирование программы с учетом достигнутых результатов.
Реализация полетных операций - это отработка системами КА заданной последовательности управляющих воздействий, в соответствии с которыми КА выполняет маневры, изменяет свою ориентацию в пространстве, включает и выключает служебную и исследовательскую аппаратуру и т. п.
Различают три способа реализации полетных операций:
программный, когда программа выполнения операции, содержащая последовательность управляющих воздействий, заранее закладывается в бортовые цифровые вычислительные машины (БЦВМ) или формируется ими и отрабатывается без вмешательства с Земли;
дистанционный, при котором все управляющие воздействия передаются на борт КА с Земли;
смешанный, когда часть управляющих воздействий передается с Земли, а часть формируется бортовыми системами и экипажем.
Последний способ получил наибольшее применение.
Контроль и анализ выполнения полетных операций и функционирования КА включает контроль прохождения управляющих воздействий, хода типовых режимов работы, энергетических, ресурсных и других характеристик КА, запасов расходуемых веществ и материалов, анализ функционирования систем и диагностику отказов в системах, прогнозирование работоспособности систем КА.
Контроль КА проводится Землей в основном по данным телеметрической информации, поступающей с КА в процессе выполнения полетных операций, а также по информации экипажа.
Основной метод контроля - сравнение фактических значений параметров с их ожидаемыми значениями, получаемыми расчетным путем или моделированием.
Анализ функционирования систем направлен на определение причин, вызвавших ненормальное выполнение заданных режимов и локализацию отказавшего элемента или блока. На основе статистической обработки уточняются динамические характеристики КА (моменты инерции, масса, углы перекоса эллипсоида инерции и др.) и ресурсные характеристики всех систем КА, используемые для прогноза их работоспособности и выдачи рекомендаций по переключению или замене блоков. Результаты анализа и прогноза работоспособности используют при разработке программы полета для следующих суток полета.
Предварительная обработка и анализ результатов научных исследований требуются для оперативной корректировки программы полета с учетом фактического функционирования исследовательской аппаратуры, достаточности и достоверности результатов исследований и экспериментов.
Работа научной аппаратуры оценивается методом сравнения текущих параметров (в том числе и измерительной информации) с расчетными или предварительно полученными на модели.
В настоящее время процесс управления полетом имеет высокую степень автоматизации, причем сохраняется тенденция к ее дальнейшему увеличению.
Автоматизация планирования позволяет оптимизировать программу полета КА на каждом этапе ее разработки, повысить оперативность планирования и сократить численность персонала управления, занятого планированием.
Автоматизация процесса реализации полетных операций повышает надежность их выполнения за счет алгоритмического и аппаратурного резервирования с автоматическим переходом на резерв.
Автоматизация контроля и анализа работы систем КА увеличивает надежность КА за счет расширения числа оперативно контролируемых параметров, сокращает время анализа и время выхода из нештатных ситуаций.
Автоматизация обработки и анализа научной информации ускоряет выработку оптимальных рекомендаций по изменению программы исследований и программы полета, что улучшает показатели эффективности КА.
В дальнейшем предполагается, что все функции управления будут переданы комплексу ЭВМ, а за персоналом управления будут оставлены определение целей и задач и принятие решений в случае нештатных ситуаций, а также контроль за работой ЭВМ.
Задачи управления полетом решает комплекс бортовых и наземных средств и служб, образующих контур управления полетом - динамичную структуру, изменяющуюся в ходе полета, в состав которой как основные звенья входят бортовой(БКУ) и наземный (НКУ) комплексы управления, объединенные информационными связями в единый контур. Исторически между БКУ и НКУ сложилось такое, распределение функций управления, при котором большую их часть выполнял наземный комплекс. Развитие бортовых вычислительных машин и передача большей части функций управления БКУ позволяют расширить возможности КА за счет автоматизации управления полетными операциями, снизить затраты на управление за счет сокращения наземных средств управления и наземного персонала управления, повысить надежность КА за счет введения бортовой диагностики и алгоритмического и функционального дублирования в системах КА.
Распределение функций управления между БКУ и НКУ зависит от типа и назначения КА, длительности и сложности его полета, от многих других причин и включает:
а) для БКУ:
сбор, обработку и хранение информации о работе систем КА;
обмен информацией с НКУ;
логическое управление и координацию работы всех систем КА;
контроль состояния и функционирования отдельных систем КА, а также их диагностику;
отображение информации для экипажа;
реализацию программ управления бортовыми системами, заложенных в память БКУ;
б) для НКУ:
планирование и реализацию программы полета;
сбор, обработку и хранение информации о работе комплексов КА, отдельных КА и их бортовых систем;
обмен информацией с БКУ КА и выдачу управляющих воздействий на КА;
контроль, анализ и диагностику систем КА;
отображение, документирование и представление информации потребителям;
координацию работы отдельных КА и комплексов КА;
управление средствами связи;
обеспечение заключительных наземных испытаний КА;
обеспечение информации от системы единого времени (СЕВ).
Как видно, большинство функций НКУ и БКУ дублируют друг друга, что не случайно, так как большие затраты на космические полеты, участие в полетах экипажей требуют очень высокой надежности управления, обеспечение которой возможно только дублированием функций управления.
Контур управления полетом строится как автоматизированная (а не полностью автоматическая) система управления, так как управление в условиях неопределенности, в частности принятие решений, более эффективно, чем ЭВМ, выполняет персонал управления. Контур управления обеспечивает выполнение заданной программы полета в пределах ряда решений, зависящих от реального функционирования объекта управления.
Бортовой контур управления долговременных орбитальных станций. Режимы работы БКУ.
Бортовой комплекс управления - это совокупность систем КА, обеспечивающих управление функционированием КА как единого целого, бортовые системы которого связаны между собой информационными каналами.
Распределение функций управления БКУ включает:
сбор, обработку и хранение информации о работе систем КА;
обмен информацией с НКУ;
логическое управление и координацию работы всех систем КА;
контроль состояния и функционирования отдельных систем КА, а также их диагностику;
отображение информации для экипажа;
реализацию программ управления бортовыми системами, заложенных в память БКУ;
При построении БКУ учитывают помимо функциональных и эксплуатационных требований, предъявляемых к КА, такие специфические требования, как:
степень его автономности при выполнении полетных операций;
возможность оперативного вмешательства в процессы управления БКУ со стороны НКУ.
Бортовой комплекс управления обычно имеет четыре режима работы:
управление от НКУ;
автономное управление, т. е. управление всеми системами по внутренним программам БКУ;
смешанный режим, при котором часть управляющих воздействий формирует и передает на борт НКУ, а часть формирует и исполняет БКУ;
управление с участием экипажа.
Первый режим применяется при проведении особо ответственных полетных операций и при первых включениях режимов в полете, второй - вне зоны видимости станций слежения НКУ и в том случае, когда полетная операция уже отработана, третий - чаще первых двух, так как обладает наибольшей гибкостью.
В процессе полета БКУ взаимодействует с НКУ через каналы связи, по которым передаются необходимая для функционирования контура управления полетом командная, уставочная и программная, телефонная, телеграфная, телевизионная и телеметрическая информации, сигналы радиоконтроля орбиты и сверки времени.
БИЛЕТ №7