Способ управления космическими аппаратами в полете и наземный комплекс управления для его реализации

Изобретение относится к способу управления космическими аппаратами и наземному комплексу управления. Для управления космическими аппаратами центром управления полетом принимают сигнал оперативного контроля с бортового комплекса управления космического аппарата, обрабатывают принятый сигнал, формируют признак наличия аварийных параметров, при его наличии формируют транзитную команду на съем телеметрической информации в текущем сеансе связи, передают ее в бортовой комплекс управления космического аппарата, записывают параметры информации оперативного контроля на сервера центральной базы данных аппаратно-программного комплекса центра управления полетом. Наземный центр управления космическими аппаратами содержит центр управления полетом, командно-измерительные комплексы, системы передачи данных, баллистический центр, системы сбора баллистической информации, центр ГЛОНАСС, системы синхронизации и единого времени, системы планирования средств управления, пункт управления системой, пункт управления полезной нагрузкой, резервную автоматизированную систему информационно-технического обеспечения для обработки телеметрической информации, соединенные определенным образом. Обеспечивается оперативность обработки телеметрической информации для диагностирования бортовых систем космических аппаратов. 2 н.п. ф-лы, 2 ил.

 

Область техники

Изобретение относится к наземным комплексам управления (НКУ) космическими аппаратами (КА) в орбитальном полёте.

Уровень техники

Из уровня техники известна глобальная интегрированная спутниковая навигационно-командно-телеметрическая система (см. патент Российской Федерации на изобретение RU 2304843 от 20.10.2005).

Глобальная интегрированная спутниковая навигационно-командно-телеметрическая система состоит из спутников навигационной системы, оснащенных аппаратурой межспутниковой связи, аппаратурой передачи навигационной информации и аппаратурой приема-передачи телеметрической информации, наземных командно-измерительных комплексов, содержащих приемопередающую аппаратуру для передачи навигационной, телеметрической и командной информации на спутники, при этом наземные пользователи имеют приемники навигационной информации, отличающаяся тем, что на каждом наземном командно-измерительном комплексе введена аппаратура введения кодовых команд для пользователей и аппаратура приема квитирующих сигналов, соединенные с приемопередающей аппаратурой, на спутниках введены приемники квитирующих сигналов, соединенные с аппаратурой приема-передачи телеметрической информации, а у части наземных пользователей установлены выделители кодовых команд, соединенные с приемниками навигационной информации и передатчики квитирующего сигнала.

Из уровня техники известна система обеспечения управления полетами космических аппаратов и способ для ее реализации (см. патент Российской Федерации на изобретение RU 2438941 от 08.07.2010).

Способ обеспечения управления полетами космических аппаратов заключается в планировании и инициировании на специализированных баллистическом, командном, телеметрическом информационно-вычислительных комплексах, а также комплексе моделирования и информационного обеспечения полетов - соответствующих программных процедур, реализующих обработку стандартной баллистической и телеметрической информации, составление долгосрочных и суточных планов полета, проведение автоматизированной диагностики бортовой аппаратуры, формирование списков разовых команд и программ сеансов связи, использование аппаратно-программных средств секторов управления для обработки специфической информации, присущей каждому типу управляемого космического аппарата, при этом искомые программные процедуры по обеспечению управления полетами разнотипных космических аппаратов планируют и инициируют для их одновременного выполнения в локальной вычислительной сети на едином для всех секторов управления структурно выделенном сегменте, включающем в себя указанные специализированные информационно-вычислительные комплексы в полном составе, при этом интеграцию специализированных информационно-вычислительных комплексов в рамках единого сегмента, а также информационное взаимодействие между выделенным сегментом и остающимися после выделения аппаратно-программными средствами секторов управления осуществляют коммуникационными средствами локальной вычислительной сети, производя обработку специфической информации, присущей каждому космическому аппарату любого типа.

Недостатками известных технических решений являются:

- недостаточная техническая скорость доставки полных потоков телеметрической информации (ТМИ) в центр управления полетами (ЦУП) для дальнейшей обработки;

- недостаточная оперативность обработки полных потоков ТМИ;

- недостаточный уровень решения задач вторичной обработки ТМИ (диагностирования и локализации отказов бортовых систем).

Раскрытие группы изобретений

Техническим результатом заявленного изобретения является повышение оперативности обработки полных потоков ТМИ, анализа её результатов, глубокая и полная оценка технического состояния бортовых систем (БС) КА, своевременные диагностирование и локализация отказов БС КА, восстановление их работоспособности и эффективное применение КА по целевому назначению.

Технический результат достигается тем, что заявленный способ управления космическими аппаратами в полете заключается в том, что центром управления полётом КА через командно-измерительные комплексы принимают с бортового комплекса управления космического аппарата сигнал информации оперативного контроля, выделяют из состава информации оперативного контроля код сигнала «Вызов наземного комплекса управления» («ВНКУ») - α, обрабатывают код сигнала «ВНКУ», формируют признак наличия сигнала «ВНКУ»: при α = 1 - есть сигнал «ВНКУ», при α = 0 - нет сигнала «ВНКУ», обрабатывают информацию оперативного контроля, выделяют аварийные, выходящие за пределы допуска, параметры информации оперативного контроля, формируют признак наличия аварийных параметров информации оперативного контроля - β: при β = 1 - есть хотя бы один аварийный параметр, при β = 0 - аварийных параметров нет, рассчитывают и формируют, по признакам α = 1 и β = 1, передают через командно-измерительные комплексы в бортовой комплекс управления космического аппарата транзитную команду на съём телеметрической информации в текущем сеансе связи, записывают параметры информации оперативного контроля на сервера центральной базы данных аппаратно-программного комплекса центра управления полетом. Наземный комплекс управления космическими аппаратами, состоящий из центра управления полетом, командно-измерительных комплексов в количестве k единиц, где k ≥ 1, системы передачи данных, баллистического центра, системы сбора баллистической информации, центра ГЛОНАСС, системы синхронизации и единого времени, системы планирования средств управления, пункта управления системой, пункта управления полезной нагрузкой, при этом с первого по к-ый входы центра управления полетом соединены по каналам связи с первыми выходами каждого из k командно-измерительных комплексов соответственно, вторые выходы которых по каналам связи соединены с первого по k-ый входами системы сбора баллистической информации соответственно, выход системы сбора баллистической информации соединен с первым входом баллистического центра, выход баллистического центра по каналам связи соединен с k+1-ым входом центра управления полетом, первый выход центра ГЛОНАСС по каналам связи соединен с вторым входом баллистического центра, а второй выход центра ГЛОНАСС соединен по каналам связи с k+2-ым входом центра управления полетом, выход системы синхронизации и единого времени соединен по каналам связи с k+3-им входом центра управления полетом, с k+1-ого по k+4-ый выходы центра управления полетом по каналам связи соединены с входами командного пункта, пункта управления полезной нагрузкой, системы планирования средств управления, космодрома соответственно, а с k+4-ого по k+7-ой входы центра управления полетом по каналам связи соединены с выходами пункта управления системой, пункта управления полезной нагрузкой, системы планирования средств управления, космодрома соответственно, при этом в состав центра управления полетом входит аппаратно-программный комплекс, выполненный с возможностью выделения из состава информации оперативного контроля кода сигнала «Вызов наземного комплекса управления» («ВНКУ») - α, обработки кода сигнала «ВНКУ», формирования признака наличия сигнала «ВНКУ», при α = 1 - есть сигнал «ВНКУ», при α = 0 - нет сигнала «ВНКУ», обработки информации оперативного контроля; выделения аварийных, выходящих за пределы допуска, параметров информации оперативного контроля, формирования признака наличия аварийных параметров информации оперативного контроля - β: при β = 1 - есть хотя бы один аварийный параметр, при β = 0 - аварийных параметров нет; расчёта, формирования по признакам α = 1 и β = 1, передачи через командно-измерительные комплексы в бортовой комплекс управления космического аппарата транзитной команды на съём телеметрической информации в текущем сеансе связи, записи параметров информации оперативного контроля на серверы центральной базы данных аппаратно-программного комплекса центра управления полетом, также наземный комплекс управления космическими аппаратами состоит из резервной автоматизированной системы информационно-телеметрического обеспечения, включающей в себя комплекс обработки телеметрической информации, вход которого является входом резервной автоматизированной системы информационно-телеметрического обеспечения и центр системы информационно-телеметрического обеспечения, при этом третьи выходы каждого из k командно-измерительных комплексов по каналам связи дополнительно соединены с центром управления полетом через комплекс обработки телеметрической информации, выход которого соединен со входом центра системы информационно-телеметрического обеспечения, а выход системы информационно-телеметрического обеспечения соединен с k+8 входом центра управления полетом.

Наземный комплекс управления в качестве резервного канала может включать систему АС ИТО, которая включает комплекс обработки телеметрической информации (КОТМИ) и центр системы информационно-телеметрического обеспечения (ЦС ИТО), при этом каждый КИК по каналам связи дополнительно соединен с ЦУП через КОТМИ и ЦС ИТО.

В структуре заявленного НКУ следует отметить следующие отличительные черты в части информационно-телеметрического обеспечения (ИТО):

- разработка и применение современной системы передачи данных (СПД) между ЦУП КА и командно-измерительными комплексами (КИК), имеющей по сравнению с существующей СПД скорость передачи информации более высокого порядка, что позволяет реализовать прямую передачу командно-измерительными комплексами в ЦУП телеметрической информации;

- разработка и построение вычислительной сети ЦУП на базе высокопроизводительных серверов кластерного типа повышенной надёжности, что позволяет реализовать обработку полных потоков ТМИ средствами ЦУП без применения автоматизированной системы информационно-телеметрического обеспечения (АС ИТО);

– разработка и применение в аппаратно-программном комплексе (АПК) ЦУП автоматического способа формирования и передачи команды на съём с борта КА полных потоков ТМИ (далее по тексту - ТМИ) в ситуациях, требующих оперативной диагностики бортовых систем (БС).

В целом оперативность использования ТМИ становится более высокой и АС ИТО может быть переведена в режим резервного использования.

Технология передачи ТМИ с командно-измерительных комплексов в ЦУП по прямому каналу в совокупности со способом автоматического формирования в сегментах ЦУП и передачи через КИК на КА команды, инициирующей съём ТМИ с борта КА является признаком более высокого технического уровня разрабатываемого НКУ относительно существующих НКУ-аналогов.

В состав НКУ входят аппаратно-программные комплексы и системы.

Передача ТМИ, принимаемой командно-измерительными комплексами с борта КА, в ЦУП осуществляется по прямому каналу СПД с последующей обработкой на АПК ЦУП, а не на средствах центра системы информационно-телеметрического обеспечения (ЦС ИТО), входящего в АС ИТО. При этом съём ТМИ с борта КА инициируется командой, которая автоматически формируется и передаётся аппаратно-программными средствами ЦУП по результатам обработки информации оперативного контроля (ИОК) и кода сигнала «Вызов НКУ» («ВНКУ»). Из полных потоков ТМИ выделяются и обрабатываются в первую очередь диагностические варианты параметров ТМИ, соответствующие индексам аварийных параметров ИОК.

Краткое описание чертежей

Признаки и сущность заявленной группы изобретений поясняются в последующем детальном описании, иллюстрируемом чертежами, где показано следующее.

На фиг. 1 представлена структурная схема заявленного наземного комплекса управления космическими аппаратами, где:

1 - система сбора баллистической информации (ССБИ);

2 - баллистический центр (БЦ);

3 - центр ГЛОНАСС;

4 - система синхронизации и единого времени (ССЕВ);

5 - космический аппарат (КА);

6 - командно-измерительные комплексы (КИК);

7 - центр управления полетом (ЦУП) с аппаратно-программным комплексом (АПК);

8 - пункт управления системой (ПУС);

9 - система планирования средств управления (СПСУ);

10 - пункт управления полезной нагрузкой (ПУ ПН);

11 - АС ИТО (в качестве резервного канала);

12 - комплекс обработки телеметрической информации (КОТМИ) АС ИТО;

13 - центр системы информационно-телеметрического обеспечения (ЦС ИТО) АС ИТО;

14 - космодром.

На фиг. 2 представлена блок-схема алгоритма формирования команды на съём телеметрической информации (ТМИ) по результатам обработки информации оперативного контроля (ИОК) в АПК ЦУП, где:

15 - блок выделения из состава ИОК кода сигнала «Вызов НКУ» («ВНКУ») - α, его обработки и формирования признака наличия сигнала «ВНКУ» (α =1 - есть сигнал «ВНКУ», α = 0 - нет сигнала «ВНКУ»);

16 - блок обработки ИОК (включая допусковый контроль), выделения аварийных (выходящих за пределы допуска) параметров ИОК и формирования признака наличия аварийных параметров - β (β = 1 - есть хотя бы один аварийный параметр, β = 0 - аварийных параметров нет);

17 - блок расчёта, формирования (по признакам α=1, β=1) и передачи через КИК в БКУ КА транзитной команды, на съём ТМИ в текущем сеансе связи;

18 - блок записи параметров ИОК в сервер ЦБД.

Осуществление и пример реализации группы изобретений

НКУ КА (5) предназначен для управления КА (5) от момента отделения его от ракеты-носителя до прекращения функционирования на орбите.

В процессе управления КА (5) НКУ решаются задачи:

- планирования бортовых и наземных средств;

- командно-программного обеспечения (КПО);

- информационно-телеметрического обеспечения (ИТО);

- навигационно-баллистического обеспечения (НБО) полёта КА (5).

Работы, циклически выполняемые на суточном интервале времени в рамках планирования, КПО, ИТО, НБО и распределённые по времени, месту и средствам выполнения, сводятся к подготовке и реализации суточного технологического цикла управления (ТЦУ) КА (5).

Реализуемость ТЦУ определяет такие важнейшие характеристики НКУ как оперативность и надёжность управления КА (5).

НКУ обеспечивает существенное повышение указанных характеристик управления КА по сравнению с НКУ-аналогами, благодаря предлагаемой технологии информационно-телеметрического обеспечения.

ЦУП (7) - центральное звено НКУ, представляющее собой АПК, выполненный с возможностью:

- автоматизированной работы по реализации планов развертывания, восполнения и поддержания орбитальной группировки КА (5);

- рассылки на КИК (6) данных по КА (5);

- автоматизированного долгосрочного и оперативного планирования режимов функционирования и сеансов управления КА (5) в соответствии с технологическим циклом управления;

- автоматизированного долгосрочного и оперативного планирования работы технических средств НКУ, формирования технологических данных и передачи их на средства, входящие в НКУ;

- корректировки текущих планов;

- расчета баллистических характеристик КА (5), определения орбитальных параметров КА (5), разработки планов коррекций орбит КА (5) и обеспечения операторов управления необходимой баллистической информацией (прогнозирование параметров движения, расчет теневых участков от Луны и Земли, зон радиовидимости и т.п.);

- расчета и формирования программ управления КА (5);

- подготовки рабочих программ (РП) для их закладки на борт КА (5) в сеансах

управления;

- проведения сеансов управления с КА (5), включая отработку в сеансах как заранее подготовленных программ управления, так и программ управления или команд, вводимых операторами в реальном масштабе времени;

- обработки информации функционального контроля (ИФК), определяющей состояние КИК (6);

- приема и обработки информации оперативного телеметрического контроля (ИОК), а в случаях нештатных (аварийных) ситуаций или получения сигнала «ВНКУ» - телеметрической информации (ТМИ);

- автоматизированного обобщенного контроля состояния КА (5) по ИОК и диагностирования отказов и неисправностей с привлечением ТМИ;

- подготовки технологических и исходных данных по управлению КА (5), по обработке ТМИ и отчетов бортовых цифровых вычислительных комплексов (БЦВК) КА (5);

- формирования и передачи начальных условий движения центра масс (НУДЦМ) КА (5) на средства НКУ для обеспечения проведения запланированных сеансов связи;

- автоматизированной диагностики состояния всех КА (5) в течение всего срока активного существования (САС) и выдачи рекомендаций по управлению КА (5);

- отображения информации о состоянии КА (5), конфигурации его систем в виде диаграмм;

- приема и обработки отчетов БЦВК КА (5);

- протоколирования действий операторов;

- сбора и накопления статистической информации по проведенным сеансам управления, по выданным управляющим воздействиям (с учетом их классификации по видам), о состоянии орбитальной группировки КА (5) по результатам обработки ИОК, ТМИ и отчетов БЦВК КА (5);

- хранения результатов сеансов управления и контроля;

- обмена различными видами информации со средствами НКУ и внешними организациями и комплексами;

- подсчёта наработки основных видов аппаратуры КА (5);

- оперативного взаимодействия по громкоговорящей, телефонной, факсимильной и другим видам связи с командно-измерительными комплексами (КИК) (6).

ЦУП (7) выполнен с возможностью передачи на КИК (6) технологических данных сеансов связи (ТД), разовых команд (РК), команд управления (КУ), рабочих программ (РП), начальных условий движения центра масс (НУДЦМ) КА (5) и приема с КИК (6) информации оперативного контроля (ИОК), полных потоков ТМИ, отчетов, информации функционального контроля (ИФК), команд управления пункта (КУП).

Система передачи данных (СПД) - основная часть системы информационного обмена между ЦУП (7) и его абонентами, обеспечивающая:

- сбор ИОК и ТМИ при управлении КА (5);

- сбор измерений текущих навигационных параметров (ИТНП) КА (5) при проведении сеансов измерений;

- передачу на КИК (6) рабочих программ и приём с КИК (6) информации оперативного контроля, обмен технологической информацией;

- информационный обмен ЦУП (7) с пунктом управления полезной нагрузкой (ПУ ПН) (10) по каналу связи;

- межсетевое информационное взаимодействие абонентов с использованием принятых протоколов;

- загрузку информационных фондов в управляемых элементах СПД;

- координацию телекоммуникационных взаимодействий в СПД;

- контроль безопасности телекоммуникационных взаимодействий.

Система сбора баллистической информации (ССБИ) (1), автоматизированная система информационно-телеметрического обеспечения (АС ИТО) (11), решают традиционные типовые задачи. АС ИТО (11) используется в качестве резервной системы (резервного канала).

Командно-измерительные комплексы (КИК) (6) включают радиотехнические средства НКУ, оснащённые аппаратно-программными средствами, которые позволяют осуществлять непосредственный информационный контакт с бортовым комплексом управления (БКУ) КА (5) и выполнять следующие основные задачи:

- прием из ЦУП (7) по каналам связи различной информации и данных, начальных условий движения центра масс КА (5), планов проведения сеансов связи;

- расчет целеуказаний (ЦУ) для работы с КА (5);

- проведение предсеансного тестирования аппаратуры;

- поиск КА и вхождение с ним в связь;

- выдача на борт КА (5) разовых команд и рабочих программ;

- прием квитанций о прохождении информации на борт КА (5);

- проведение измерений текущих навигационных параметров КА (5) и предварительная обработка полученной информации;

- прием с КА (5) ИОК и ТМИ по радиолиниям КИК (6);

- сверка, фазирование и коррекция бортовой шкалы времени (БШВ);

- формирование и привязка местной шкалы времени (МШВ) к единому времени по сигналам космических навигационных систем (КНС) ГЛОНАСС/GPS или систем единого времени КИК (6);

- формирование и передача в ЦУП (7) массивов измерительной (траекторной, информации оперативного контроля и общей телеметрической) информации, а также информации функционального контроля (ИФК), содержащей сообщения о результатах прохождения на КА (5) информации и обобщенную информацию о состоянии КИК (6);

- отображение и документирование результатов обработки информации.

КИК (6) выполнены с возможностью передачи через ССБИ (1) на БЦ (2) измеренных текущих навигационных параметров.

ИОК и ТМИ с КИК (6) передаются через СПД в ЦУП (7). В случае использования резервного канала ТМИ передаётся через АС ИТО (11) с КОТМИ (12) и ЦС ИТО (13) в ЦУП (7).

Баллистический центр (БЦ) (2) - центр общего назначения, аппаратно-программные средства которого предназначаются для решения задач навигационно-баллистического обеспечения, к числу которых относятся следующие основные задачи:

- расчёт времени старта ракеты-носителя;

- сбор и обработка ИТНП КА (5);

- решение краевой задачи (расчёт начальных условий движения центра масс КА) для заданного момента времени;

- расчёт параметров коррекции орбиты КА (5);

- решение задач вторичной баллистики (при необходимости, определяемой заявкой ЦУП (7) КА (5));

- выдача НУДЦМ КА (5) в ЦУП (7) для решения последующих задач, относящихся к задачам вторичной баллистики;

- информационное взаимодействие с пунктом сбора, обработки информации и управления системы определения эфемерид и временных поправок центра ГЛОНАСС (3) с целью обеспечения функционирования и контроля бортовой системы навигации.

Резервная автоматизированная система информационно-технического обеспечения (АС ИТО) (11) - система общего назначения, аппаратно-программные средства которой предназначаются для решения задач информационно-технического обеспечения (ИТО), к числу которых относятся следующие основные задачи:

- заведение в систему суточного плана работ в соответствии с данными группы планирования и координации;

- пересылка на КИК (6) суточного плана работы (СПР) комплексов обработки телеметрической информации (КОТМИ) (12);

- настройка системы на сеанс обработки;

- обработка ТМИ в процессе проведения сеансов связи (СС);

- передача результатов обработки по каналам связи из КОТМИ (12) в ЦС ИТО (13) для последующей обработки и документирования;

- передача ТМИ на средства ЦУП (7) для отображения результатов обработки.

При передаче ТМИ с КИК (6) по прямому каналу в ЦУП (7) и обработке ТМИ на средствах ЦУП (7) АС ИТО (11) задействуется в качестве резервной.

К числу новых средств НКУ относятся ЦУП (7), СПД и КИК (6) с их соответствующими функциональными возможностями.

ЦУП (7) имеет АПК на базе локальной вычислительной сети (ЛВС), объединяющей серверный сегмент, состоящий из серверов приложений кластерного типа и серверов центральной базы данных (ЦБД), попарно объединённых общими дисковыми массивами (ОДМ), и автоматизированные рабочие места сопряжённых сегментов.

Автоматизированные рабочие места (АРМ) операторов сегментов, сопряжённых с серверным сегментом, оборудованы ПЭВМ, которые работают в режиме терминалов или рабочих станций.

Выбранная архитектура вычислительной сети ЦУП (7) позволяет (помимо решения традиционных для ЦУП (7) задач) оперативно производить обработку ТМИ, передаваемой с КИК (6). Команда на съём с борта КА (5) ТМИ формируется на аппаратно-программных средствах (АПС) сегментов ЦУП (7) и выдаётся автоматически по признакам наличия в составе ИОК сигнала «Вызов НКУ» или аварийных параметров.

СПД, обеспечивающая передачу с КИК (6) в ЦУП (7) телеметрической информации по прямому каналу без использования АС ИТО (11), а также способ автоматического формирования по результатам обработки ИОК и передачи через КИК на борт КА (5) транзитной команды «Съём ТМИ» существенно изменяют технологию телеметрического контроля и резко повышают как его оперативность, надёжность, так и пропускную способность ЦУП (7) при управлении орбитальной группировкой КА (5).

Задачи НКУ КА (5) заключаются в подготовке и реализации суточного технологического цикла управления (ТЦУ) КА (5), включающего в себя три макрооперации управления:

- планирования работы бортовых систем (БС) и средств НКУ КА (5), подготовки и передачи на борт КА (5) командно-программной информации (КПИ) в составе разовых команд (РК) и рабочих программ (РП);

- телеметрического контроля (ТМК) технического состояния КА (5) и отработки бортовыми системами программной информации;

- контроля положения и управления движением центра масс КА (5) (измерение текущих навигационных параметров КА (5), расчёт начальных условий движения центра масс КА (5), решение задач вторичной баллистики, расчёт параметров коррекции орбит КА (5)).

Каждая макрооперация представляет собою комплекс работ (операций), распределённых по времени, месту и средствам выполнения. Для макроопераций телеметрического контроля (ТМК) и контроля положения и управления движением (КПУД) КА (5) исходной операцией, а для макрооперации планирования и подготовки командно-программной информации (ППКПИ) конечной операцией являются сеансы связи (СС) с КА (5), которые проводят КИК (6) по плану, разрабатываемому в ЦУП (7) и согласованному с системой планирования средств управления (СПСУ) (9). Сеансы связи с КА (5) проводятся на витках, проходящих через зоны видимости КИК (6). В сеансах связи производятся измерения текущих навигационных параметров КА (5), снимается информация оперативного контроля (ИОК), при необходимости - ТМИ с борта КА (5) и передаётся на борт КА (5) управляющая информация - РК, РП.

Измерения текущих навигационных параметров (ИТНП) по системе сбора баллистической информации (ССБИ) (1) передаются в баллистический центр (БЦ) (2), где производятся обработка принятой информации и решение краевой (вариационной) задачи. Результаты её решения - начальные условия движения центра масс (НУДЦМ) КА (5), рассчитанные на момент окончания измерений, передаются в ЦУП (7). В ЦУП (7) по полученным начальным условиям (НУДЦМ) рассчитывают зоны видимости КИК (6), прогноз параметров движения ЦМ КА (5), трассы КА (5) и другие задачи, необходимые для планирования работы бортовых систем и расчёта КПИ. Из ЦУП (7) начальные условия передаются на КИК (6) для расчёта целеуказаний (ЦУ) и в пункт управления полезной нагрузкой (ПУ ПН) (10) для разработки программы работы бортовой системы, управляющей полезной нагрузкой (БСУПН).

Из центра ГЛОНАСС (3) передаётся эфемеридно-временная информация (ЭВИ) в ЦУП (7) для передачи на борт в составе рабочих программ с целью использования в работе автономной системы навигации (АСН) КА (5) и в БЦ (2) для контроля работы бортовой автономной системы навигации КА (5).

Информация оперативного контроля (ИОК) и при необходимости - ТМИ передаются с борта КА в составе информации обратного канала КИК, с КИК (6) по прямому каналу в ЦУП (7) и обрабатывается на средствах вычислительной сети ЦУП (7). Результаты обработки ИОК и ТМИ поступают в группу анализа и технической диагностики. ТМИ может передаваться в резервном варианте через АС ИТО (11) в ЦУП (7). В этом случае результаты обработки ТМИ поступают в ЦУП (7) из ЦС ИТО (13). По результатам решения задач вторичной баллистики, результатам анализа ИОК и ТМИ с учетом заявок, поступающих из пункта управления полезной нагрузкой (ПУ ПН) (10), в ЦУП (7) составляется план работы бортовых систем и программа проведения сеансов связи (СС) с КА (5). План работы средств НКУ согласовывается с системой планирования средств управления (СПСУ) (9) и утверждается в пункте управления системой (ПУС) (8). В соответствии с этим производится расчёт КПИ (РК, РП) для передачи на борт КА (5) в каждом сеансе связи. Рабочая программа бортовой системы, управляющей работой полезной нагрузки (БСУПН) разрабатывается в пункте управления полезной нагрузкой (ПУ ПН) (10), передаётся в ЦУП (7) и компонуется с рабочей программой обеспечивающих бортовых систем. Передача скомпонованной рабочей программы на борт КА (5) осуществляется с КИК (6) по плану и программам проведения сеансов связи или в оперативном режиме из ЦУП (7) транзитом через КИК (6).

Наземная шкала времени формируется по меткам, поступающим в ЦУП (7) из системы синхронизации и единого времени (ССЕВ) (4). Сверка, коррекция и фазирование бортовой шкалы времени (БШВ) производится в сеансах связи с помощью разовых команд.

Таким образом, ЦУП (7), как центральное звено НКУ, осуществляет решение задач баллистического обеспечения, обработки ИОК и ТМИ, получаемой с КА (5), планирования работы бортовых систем КА (5) и средств НКУ, подготовки рабочих программ, взаимодействия и координации работы привлекаемых комплексов и систем общего назначения, информационного взаимодействия с пунктом управления полезной нагрузкой. Для решения перечисленных задач ЦУП (7) оснащён высокопроизводительным аппаратно-программным комплексом (АПК).

Непосредственными исполнительными органами, которые принимают с борта КА (5) ИОК, ТМИ, осуществляют измерения текущих навигационных параметров (ИТНП) и выдают на борт КА (5) командно-программную информацию, являются КИК (6).

Между КИК (6) и ЦУП (7) происходит постоянный обмен данными, обеспечивающими проведение сеансов связи: перед сеансом связи на КИК (6) передаются технологические данные (ТД) и НУДЦМ (для расчёта целеуказаний наведения антенн); при подготовке, проведении и после проведения сеансов связи передаются команды управления центра (КУЦ), команды управления пункта (КУП), информация функционального контроля (ИФК) и отчёты.

Из ЦУП (7) на ПУС (8) передаются донесения, а из ПУС (8) в ЦУП (7) - управляющая информация (УИ).

Из ЦУП (7) в ПУ ПН (10) передаются начальные условия, а из ПУ ПН (10) в ЦУП (7) - рабочая программа.

Из ЦУП (7) в СПСУ (9) передаются заявки (на задействование средств НКУ из состава НАКУ), а из СПСУ (9) в ЦУП (7) передаются выписки (из планов работы средств всего НАКУ), справочная информация (СИ).

ЦУП (7) взаимодействует с космодромом (14) для приема репортажа и передачи исходных данных.

На фиг.2 представлена блок-схема алгоритма формирования команды на съём телеметрической информации (ТМИ) по результатам обработки информации оперативного контроля (ИОК) АПК ЦУП.

Оперативный телеметрический контроль технического состояния и выполнения целевых задач КА на этапе его штатного применения и функционирования осуществляется по информации оперативного контроля (ИОК), снимаемой с борта КА в каждом сеансе связи и включающей в свой состав наиболее важные и представительные телеметрические параметры о техническом состоянии и функционировании КА.

Решение о съёме общей ТМИ принимается в случаях проведения профилактического контроля технического состояния бортового комплекса или отдельных систем, входящих в его состав (плановый съём ТМИ), а также в случаях возникновения на борту КА нештатных или аварийных ситуаций (внеплановый съём ТМИ).

Информацией о возникновении нештатных ситуаций (НшС) или аварийных ситуаций (АС) являются:

- сигнал «Вызов НКУ», код которого α передаётся в составе информации оперативного контроля (ИОК), выделяется из ИОК и фиксируется после обработки с присвоением признаку α значения «1»;

- аварийные телеметрические параметры (параметры, выходящие за пределы допуска), появление которых фиксируется по результатам обработки ИОК с присвоением признаку β значения «1».

При получении признака сигнала «Вызов НКУ» α =1 или признака β =1, формируемого по результатам обработки ИОК при наличии аварийных параметров в составе ИОК (параметров, выходящих за пределы допуска), на борт КА выдаётся транзитная команда, инициирующая съём с борта КА ТМИ. Чем быстрее будет получена полная ТМИ относительно времени получения сигнала «Вызов НКУ» или времени появления аварийных телеметрических параметров, проведена её обработка по диагностическим вариантам, тем быстрее будет установлена причина возникновения НшС (АС) и приостановлено их развитие. При этом ТМИ может быть снята с КА при достаточно больших зонах видимости на интервале текущего (проводимого) сеанса связи. Операция внепланового съёма ТМИ выполняется автоматически.

Представленная схема алгоритма автоматического формирования и передачи команды на съём ТМИ при поступлении с КИК в ЦУП информации оперативного контроля (ИОК) (см. фиг.2) включает в себя следующие операции:

- в блоке 15 производится выделение из состава ИОК кода сигнала «Вызов НКУ» («ВНКУ») - α, его обработка и формирование признака наличия сигнала «ВНКУ» (α = 1 - есть сигнал «ВНКУ», α = 0 - нет сигнала «ВНКУ»): при α = 1 управление передаётся в блок 17; при α = 0 управление передаётся в блок 16;

- в блоке 16 производится обработка ИОК, выделение аварийных (выходящих за пределы допуска) параметров ИОК и формирование признака наличия аварийных параметров - β (β = 1 - есть хотя бы один аварийный параметр, β = 0 - аварийных параметров нет): при β = 1 управление передаётся в блок 17, при β = 0 управление передаётся в блок 18 (для записи параметров ИОК в базу данных и далее для продолжения штатной работы);

- в блоке 17 производится расчёт, формирование (по признакам α = 1, β = 1) и передача через КИК в бортовой комплекс управления (БКУ) КА транзитной команды на съём ТМИ в текущем сеансе связи.

Операция по внеплановому съёму выполняется в рамках текущего сеанса связи.

АС ИТО используется как резервная система, так как ТМИ поступает в ЦУП по прямому каналу СПД и обрабатывается в серверном сегменте ЦУП.

Управление процессом обработки ИОК и ТМИ осуществляется с терминалов АРМ обработки ИОК и ТМИ операторами. Результаты обработки заносятся в центральную базу данных (ЦБД).

Весь алгоритм формирования команды на съём телеметрической информации (ТМИ) по результатам обработки информации оперативного контроля (ИОК) реализуется в АПК ЦУП, выполненном на базе персональных компьютеров и серверов, объединённых в локальную вычислительную сеть (ЛВС).

1. Способ управления космическими аппаратами, заключающийся в том, что центром управления полетом через командно-измерительные комплексы принимают сигнал информации оперативного контроля с бортового комплекса управления космического аппарата, выделяют из сигнала информации оперативного контроля код сигнала «Вызов наземного комплекса управления» («ВНКУ») - α, по итогам обработки кода сигнала «ВНКУ» формируют признак наличия сигнала «ВНКУ»: α = 1 - есть сигнал «ВНКУ», α = 0 - нет сигнала «ВНКУ», обрабатывают информацию оперативного контроля и выделяют выходящие за пределы допуска аварийные параметры информации оперативного контроля, формируют признак наличия аварийных параметров информации оперативного контроля - β: при β = 1 - есть хотя бы один аварийный параметр, при β = 0 - аварийных параметров нет, рассчитывают и формируют по признакам α = 1 и β = 1 транзитную команду на съём телеметрической информации в текущем сеансе связи и далее передают ее через командно-измерительные комплексы в бортовой комплекс управления космического аппарата, по признакам α = 0 и β = 0 записывают параметры информации оперативного контроля на серверы центральной базы данных аппаратно-программного комплекса центра управления полетом.

2. Наземный комплекс управления космическими аппаратами, состоящий из центра управления полетом, командно-измерительных комплексов в количестве k единиц, где k ≥ 1, системы передачи данных, баллистического центра, системы сбора баллистической информации, центра ГЛОНАСС, системы синхронизации и единого времени, системы планирования средств управления, пункта управления системой, пункта управления полезной нагрузкой, при этом с первого по к-ый входы центра управления полетом соединены по каналам связи с первыми выходами каждого из k командно-измерительных комплексов соответственно, вторые выходы которых по каналам связи соединены с первого по k-ый входами системы сбора баллистической информации соответственно, выход системы сбора баллистической информации соединен с первым входом баллистического центра, выход баллистического центра по каналам связи соединен с k+1-ым входом центра управления полетом, первый выход центра ГЛОНАСС по каналам связи соединен с вторым входом баллистического центра, а второй выход центра ГЛОНАСС соединен по каналам связи с k+2-ым входом центра управления полетом, выход системы синхронизации и единого времени соединен по каналам связи с k+3-им входом центра управления полетом, с k+1-ого по k+4-ый выходы центра управления полетом по каналам связи соединены с входами пункта управления системой, пункта управления полезной нагрузкой, системы планирования средств управления, космодрома соответственно, а с k+4-ого по k+7-ой входы центра управления полетом по каналам связи соединены с выходами пункта управления системой, пункта управления полезной нагрузкой, системы планирования средств управления, космодрома соответственно, при этом в состав центра управления полетом входит аппаратно-программный комплекс, выполненный с возможностью выделения из состава информации оперативного контроля кода сигнала «Вызов наземного комплекса управления» («ВНКУ») - α, обработки кода сигнала «ВНКУ», формирования признака наличия сигнала «ВНКУ», при α = 1 - есть сигнал «ВНКУ», при α = 0 - нет сигнала «ВНКУ», обработки информации оперативного контроля; выделения аварийных, выходящих за пределы допуска, параметров информации оперативного контроля, формирования признака наличия аварийных параметров информации оперативного контроля - β: при β = 1 - есть хотя бы один аварийный параметр, при β = 0 - аварийных параметров нет; расчёта, формирования по признакам α = 1 и β = 1, передачи через командно-измерительные комплексы в бортовой комплекс управления космического аппарата транзитной команды на съём телеметрической информации в текущем сеансе связи, записи параметров информации оперативного контроля на серверы центральной базы данных аппаратно-программного комплекса центра управления полетом, также наземный комплекс управления космическими аппаратами состоит из резервной автоматизированной системы информационно-телеметрического обеспечения, включающей в себя комплекс обработки телеметрической информации, вход которого является входом резервной автоматизированной системы информационно-телеметрического обеспечения и центр системы информационно-телеметрического обеспечения, при этом третьи выходы каждого из k командно-измерительных комплексов по каналам связи дополнительно соединены с центром управления полетом через комплекс обработки телеметрической информации, выход которого соединен со входом центра системы информационно-телеметрического обеспечения, а выход системы информационно-телеметрического обеспечения соединен с k+8 входом центра управления полетом.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к космической технике и может быть использовано для передачи телеметрической информации со спускаемого космического аппарата (СКА). Устройство передачи телеинформации со СКА содержит камеру телезонда с теплозащитной оболочкой, телезонд, крышку камеры, два вышибных заряда.

Изобретение относится к космонавтике и может быть использовано в навигации космического аппарата (КА). Принимают измерительные сигналы с КА и квазара, обеспечивают минимальный сдвиг по времени между измерениями с КА и квазара, выбирают проекцию углового положения квазара, максимально приближенную к положению КА, и с совпадением трасс прохождения сигналов от КА и квазара к измерительной станции, определяют двухчастотным методом смещение частот сигналов, определяют погрешность в измерениях скорости КА, определяют интегральную ионизацию трассы квазар-измерительная станция, вычисляют временную задержку прохождения сигнала, равную погрешности измерения дальности, передают полученные данные в баллистический центр совместно с результатами траекторных измерений КА для расчета траектории КА.

Изобретение относится к бортовым системам навигации (БСН) искусственных спутников Земли (ИСЗ) на низких (с высотой до 500-600 км) орбитах. БСН содержит устройство управления системой и соединенные с ним устройство преобразования навигационных сигналов в навигационные параметры, блок преобразования навигационных параметров в параметры движения центра масс (ЦМ) ИСЗ и блок прогнозирования параметров движения ЦМ.

Изобретение относится к космической технике и может быть использовано для защиты Земли и космических аппаратов (КА) от астероидно-кометной опасности (АКО). Выводят на орбиту КА со средствами аппаратуры наблюдения (АН) на базе телескопов, первичной обработки изображений и непрерывной прямой двусторонней радиосвязи, устанавливают АН на Луне, синхронизируют КА-телескопы по шкале единого времени, размещают главную оптическую ось АН каждого КА в точках Лагранжа, поочередно сканируют и получают изображения участков небесной сферы, определяют координаты и блеск наблюдаемых небесных объектов (НО), принимают и обрабатывают на наземном пункте управления изображения с зафиксированными новыми НО, с помощью информационно-аналитического центра мониторинга АКО собирают, обрабатывают, анализируют, систематизируют, каталогизируют и хранят информацию об объектах АКО, строят динамику перемещений НО во времени и пространстве, вычисляют орбиты НО, регулярно обновляют и передают потребителям информацию об уточненных параметрах НО, оценивают степень угрозы математическим методом, основанным на критерии минимума среднего риска и зависящим от стоимости ложной тревоги, вероятности отсутствия столкновения, условной вероятности ложной тревоги, весового множителя, стоимости ущерба при столкновении, вероятности столкновения, условной вероятности пропуска столкновения, плотности вероятности положения КА или Земли в пространстве, отношения правдоподобия, плотности вероятности положения опасных космических объектов в пространстве, принимают решения о дальнейших действиях.

Изобретение относится к радиолокационным системам (РЛС) в составе комплексов активной защиты Земли от приближающихся к ней объектов естественного и искусственного происхождения.

Изобретение относится к космической отрасли, а именно к способам обеспечения управления КА научного и социально-экономического назначения (НСЭН), и может использоваться при организации проведения сеансов связи (СС) с КА с целью принятия необходимых мер по разрешению конфликтных (КС) и парированию нештатных ситуаций (НШС) при эксплуатации технических средств наземного комплекса управления (НКУ), а именно командно-измерительных систем (КИС).

Изобретение относится к космической технике и может быть использовано для определения временной привязки телеметрических измерений с космического аппарата (КА). Способ определения временной привязки телеметрических измерений с КА включает генерацию на борту временных меток и передачу их с измеряемыми параметрами бортовых систем в сформированном телеметрическом кадре на наземный приемный пункт.

Группа изобретений относится к области траекторных измерений с использованием станции слежения (СС) за полетом космического аппарата (КА). При обмене информацией с КА по радиоканалу СС производит измерение дальности до КА и скорости ее изменения.

Изобретение относится к области оптических средств измерения параметров относительного сближения космических аппаратов (КА), а именно к оптико-электронным системам контроля скорости.

Изобретение относится к способам наблюдения за космическими объектами (КО) с помощью оптико-электронных средств и м.б. использовано для определения орбиты пассивного КО (ПКО) на геостационарной орбите автономно с борта активного КО (АКО).

Изобретение относится к области космонавтики и представляет собой наземный автоматизированный комплекс управления космическими аппаратами (НАКУ КА) научного и социально-экономического назначения и измерений и способ его применения. В способе управления НАКУ КА для каждого интервала времени, заданного исходя из технологического цикла управления космическими аппаратами или циклограммой полета ракеты-носителя или разгонного блока, динамически формируют одну работоспособную конфигурацию наземных комплексов управления (измерений) из состава единой и унифицированной совокупности указанных средств контроля и обработки информации, а также средств вычислительных сетей и связи. Техническим результатом изобретения является повышение наблюдаемости и управляемости НАКУ КА. 4 н. и 12 з.п. ф-лы, 1 ил.
Наверх