Материалы для учебного пособия по дисциплине «Основы проектирования сложных технических систем»

Профессор Атамасов Владимир Дмитриевич

Раздел 1

1. Организационно-методические вопросы

Дисциплина «Основы проектирования сложных технических систем» включает 34 час лекций, 17 час практических занятий, на выполнение других видов самостоятельной работы отводится дополнительно 17 час.

Практические занятия проводятся как проектные исследования.

Студент защищает каждую практическую работу, после чего получает зачет по дисциплине и допуск к экзамену.

Лекции разработаны для студентов специальности 200106, «Информационно-измерительная техника и технологии при испытаниях КА». Рисунки лекционного материала представлены в отдельных файлах.

Более успешное освоение изложенного материала достигается при хорошем знании дисциплин «Основы механики полета КА», «Основы устройства космических аппаратов».

Характеристики летательных аппаратов и их элементов взяты из различных открытых источников. При этом использовались данные журналов: «Авиация и космонавтика», «Новости космонавтики», а также публикации в Internet, и др. Некоторые данные имеют приближенные значения и могут использоваться только в учебных целях.

Литература:

1. Никольский В.В. Основы проектирования автоматических космических аппаратов. Учебник. СПб.:, БГТУ «Военмех», 2009 г. 230 с.

2. Романов О.Я. Основы проектирования сложных технических систем. Конспект лекций. СПб.: БГТУ«Военмех», 2008 г.

3. Никольский В.В. Системное проектирование транспортных космических аппаратов. СПб.: БГТУ«Военмех», 2007 г. 101 с.

Другие источники приведены в списке литературы учебника /1/.

ПРИНЯТЫЕ СОКРАЩЕНИЯ:

АИС – автономные испытания

АО – агрегатный отсек

АТ – азотный тетроксид

БКУ – бортовой комплекс управления

БОС – бортовые обеспечивающие системы

ДОС – долговременная орбитальная станция

ДУ – двигательная установка

ЖРД – жидкостный ракетный двигатель

КА – космический аппарат

КИС – комплексные испытания

КРТ – компонент ракетного топлива

КСх – компоновочная схема

ККСх – конструктивно-компоновочная схема

КССх – конструктивно-силовая схема

МБ – межорбитальный буксир

МДУ – маршевая двигательная установка

МТКК – многоразовый транспортный космический корабль

НАКУ – наземный автоматизированный комплекс управления

НДМГ – несимметричный диметилгидразин

НИОКР – научно-исследовательские и опытно-конструкторские работы

НКом – несущий комплекс

ОКР – опытно-конструкторские работы

ПА – проектные аргументы

ПГС – пневмогидравлическая система

ПН – полезная нагрузка

ПО – приборный отсек

РаБ – ракетный блок

РБ – разгонный блок

РДТТ – ракетный двигатель на твердом топливе

РКН – ракета космического назначения

РН – ракета-носитель

САС – срок активного существования

СОТР – система обеспечения теплового режима

СС – служебная система

СТР – система терморегулирования

СТС – сложная техническая система

СУД – система управления движением

СЭС – система электроснабжения

Тгка – транспортные грузовые космические аппараты

ТКА – транспортный космический аппарат

ТКК – транспортный космический корабль

ЦС – целевые системы

2. Системность и системный подход

   1. Общие положения и понятия

Системность – это всеобщее свойство материи и сознания, проявляющееся в объединении частей ради решения возникших проблем, достижения поставленных целей.

Осмысленная системность деятельности начинается с системного подхода.

Системный подход – направление методологии познания, в основе которого лежит исследование объектов как систем. Система рассматривается с разных сторон, комплексно.

Системный подход - многоаспектные исследования, проводимые для более правильною представления о реальных объектах, их связях с окружающей средой, другими объектами.

Система – это упорядоченная совокупность взаимосвязанных и взаимодействующих элементов, образующих единое функциональное целое, предназначенное для решения определенных задач и достижения конкретных целей.

Существуют материальные и абстрактные системы. Первые из них могут быть неорганическими и живыми (так называемые, социальные системы).

В определение системы входит слово «элемент».

Элемент – это составная часть единого целого. Произошла эволюция понятия: вначале определялся как неделимый, затем - подлежащий делению в соответствии с задачей. В настоящее время - более широко используется понятие: «элементы разных уровней в иерархической структуре системы».

Мы будем рассматривать элемент как неделимую часть системы. Неделимость понимается в конкретном смысле, т.е. при конкретном делении системы ее неразделенные части называются элементами.

Приведенные выше определения системы распространяются на технические системы.

Развитие системы приводит к тому, что она становится сложной. Понятие «сложная система» появилось тогда, когда потребовались особые методы исследования и проектирования техники.

В технической литературе приводятся различные определения сложной системы. Приведем одно из них.

Сложная система – это многоуровневая система, состоящая из подсистем разных уровней, характеризующаяся сложной иерархической структурой и имеющая разнообразное управление.

Структура системы представляется в следующих видах: структурной блок-схемой; принципиальной схемой; компоновочной схемой и др.

Определение сложной системы дополняется следующими признаками:

1. большое число разнородных подсистем и элементов, связей между ними, сложность структуры, состояний, поведения, большая размерность;

2. иерархичность структуры;

3. наличие неопределенности в описании системы;

4. сложный алгоритм воссоздания системы;

5. сложность вычислений при исследовании и разработке;

6. большой объем информации о системе;

7. сложность развития системы и др. (Некоторые признаки подробнее рассмотрим ниже)

Системный анализ (СА) – это способ реализации системного подхода.

Он включает в себя:

• формальные методы и методы качественного анализа;

• комплексные методики (единство разносистемных методов).

СА построен на диалектической логике, материалистическом мировоззрении, предусматривает объединение разнопрофильных специалистов (бригады).

Свойство - философская категория, выражающая такую сторону предмета, которая обусловливает его общность с другими предметами или отличие от них. Обнаруживается во взаимосвязях с ними. Свойство относительно - не существует вне отношений, существует объективно.

Структура системы - совокупность элементов, подсистем и связей между ними.

Структура от состава отличается указанием связей.

Пример структуры системы - сборочный чертеж. Пример состава системы - спецификация к нему.

Морфологические структуры отражают характеристики строения системы, организационные структуры выражают способы взаимодействия элементов.

Иерархия – порядок; подчинение нижних уровней высшим. Для сложной технической системы (СТС) иерархия означает, что часть создается ради целого.

Системотехника - научное направление, охватывающее жизненный цикл (ЖЦ) изделий.

Космический аппарат (КА) – это СТС для использования в космическом пространстве.

Аппарат (лат. оборудование) – прибор; техническое устройство; оборудование. Омонимы (рысь – скок лошади и хищник из семейства кошачьих): государственный аппарат; работники учреждения; вспомогательные материалы к научному труду; органы человека.

Приборы: – средства: измерения; анализа; обработки и представления информации;

– устройства регулирования;

– автоматические и автоматизированные системы управления.

Космический объект - тело искусственного или естественного происхождения, находящееся в космичес­ком пространстве.

Техническое устройство – устройство, получаемое путём воздействия ручного или иного труда.

Летательный аппарат – техническое устройство, совершающее активный полёт и имеющее целевое предназначение.

Космический аппарат – техническое устройство, предназначенное для функционирования в космическом пространстве с целью решения задач в соответствии с назначением космического комплекса.

Многоцелевой космический аппарат – КА, обеспечивающий решение двух и более задач.

Космическая станция – многоцелевой космический аппарат, предназначенный для обеспечения комплексного решения научных и прикладных задач.

Космическое средство (КСр) – техническое средство, предназначенное для решения или обеспечения решения задач освоения и использования космического пространства.

Космический корабль – пилотируемый космический аппарат, способный маневрировать в атмосфере и космическом пространстве с возвращением в заданный район и (или) осуществлять спуск и посадку на планету.

Автоматический космический аппарат – КА, конструктивное исполнение которого не предусматривает в процессе его функционирования наличие космонавтов на борту.

Система КА – часть бортового оборудования КА, элементы которой взаимосвязаны между собой при реализации возложенных на систему функций.

Обеспечивающая система КА – система КА, предназначенная для создания условий и (или) реализации функций, обеспечивающих работоспособное состояние бортового оборудования.

Космический полет - движение орбитальных средств в космическом пространстве. Это завершающая стадия существования КА, осуществляемая по программе полёта.

Программа полёта – план работы КА, его систем, экипажа и наземных средств, взаимодействующих с КА.

Полётная операция – промежуток времени или участок полёта, на котором выполняются определённые задачи, например, сближение, стыковка, переход экипажа, выход в открытый космос, проведение исследований и наблюдений, выполнение специальных задач, расстыковка, спуск и посадка на планету и т.д.

Программа реализации полётной операции - временная циклограмма работы систем КА и его экипажа.

Бортовой комплекс управления (БКУ) КА – бортовой комплекс КА с информационным и математическим обеспечением, предназначенный для обеспечения решения задач управления движением КА.

Иногда БКУ определяют как совокупность систем КА, обеспечивающих управление его функционированием.

Наземный комплекс управле­ния космическим аппаратом (HKУ КА) - совокупность технических средств цент­ров и пунктов управления, командно-измерительных и командных пунктов, информа­ционного и математического обеспечения, предназначенная для обеспечения формирования и выдачи управляющих воз­действии на космические аппараты и конт­роля их выполнения.

Иногда НКУ определяют как совокупность систем на Земле, обеспечивающих управление его функционированием.

Контур управления полётом (КУП) КА – совокупность бортового и наземного комплексов управления полётом КА, объединённых едиными информационными связями.

Наземный автоматизирован­ный комплекс управления ко­смическими аппаратами (НАКУ) - совокупность взаимосвязанных техниче­ских средств с информационным и матема­тическим обеспечением, сооружений изме­рительных пунктов и вычислительного цен­тра, предназначенная для получения и обработки информации о функционирова­нии систем ракет стратегического и кос­мического назначения и контроля их дви­жения на участке выведения