Билет №1
Виды долговременных КЛА.
По режиму работы различают следующие типы космических аппаратов[3]:
искусственные спутники Земли — общее название всех аппаратов, находящихся на геоцентрической орбите, то есть вращающихся вокруг Земли
автоматические межпланетные станции (космические зонды) — аппараты, осуществляющие перелёт между Землёй и другими космическими телами Солнечной системы; при этом они могут как выходить на орбиту вокруг изучаемого тела, так и исследовать их с пролётных траекторий, некоторые аппараты после этого направляются за пределы Солнечной системы
космические корабли, автоматические или пилотируемые, — используются для доставки грузов и человека на орбиту Земли; существуют планы полётов на орбиты других планет
орбитальные станции — аппараты, предназначенные для долговременного пребывания и работы людей на орбите Земли
спускаемые аппараты — используются для доставки людей и материалов с орбиты вокруг планеты или межпланетной траектории на поверхность планеты (не надо)
планетоходы — автоматические лабораторные комплексы или транспортные средства, для перемещения по поверхности планеты и другого небесного тела (не надо)
По наличию функции возвращения:
Возвращаемые — предусматривают возвращения людей и материалов на Землю, осуществляя мягкую либо жёсткую посадку
Невозвращаемые — при выработке ресурса обычно сходят с орбиты и сгорают в атмосфере
По выполняемым функциям выделяют следующие классы[4]:
метеорологические
навигационные
спутники связи, телевещания, телекоммуникационные спутники
научно-исследовательские
геофизические
геодезические
астрономические
дистанционного зондирования Земли
разведывательные и военные спутники
другие
Многие космические аппараты выполняют сразу несколько функций.
Нештатные ситуации. Типы НШС
Ситуации, которые приводят к существенному изменению плана работ с объектом управления называют нештатными.
Нештатные ситуации разделяют на расчётныеинерасчётные.
К классу расчётных (рассмотренных) нештатных ситуаций относятся ситуации, анализ влияния которых на ход полета проведён и предусмотрена специальная программа действий по ликвидации или компенсации их последствий.
В основу расчетныхнештатных ситуаций положены расчетные отказы, рассмотренные при анализе работы систем КА до полета или возникавшие при наземных испытаниях систем и ранее проведенных полетах.
Нештатные ситуации, причиной которых является не рассмотренный заранее отказ, называют нерасчетными.
Нештатные ситуации, сложившиеся в результате появления неустранимых отказов и приводящие к нарушению требований безопасности экипажа или прекращению эксплуатации КА, называются аварийными.
Билет №2
Основные типы долговременных спутников связи. Обзор развития.
Задачи решаемые БКУ.
Бортовой комплекс управления - это совокупность систем КА, обеспечивающих управление функционированием КА как единого целого, бортовые системы которого связаны между собой информационными каналами.
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 №3
Долговременные орбитальные станции различных поколений. Применение долговременных орбит станций для решения научных и прикладных задач.
Система передачи данных, как элемент НКУ. Типы используемых каналов связи.
Наземный комплекс управления представляет собой систему (рис. 11.1) служб и средств, обладающую наиболее сложной в мире системой связи, включающей кабельные, радиорелейные и спутниковые каналы, большая часть которых арендуется у государственных и коммерческих организаций. Поступление с современных КА больших потоков информации (10 100 Мбит/с) требует включения в состав НКУ широкополосных каналов связи и быстродействующих ЭВМ для обработки этих потоков информации и объединения всех ЭВМ в единую вычислительную сеть с обеспечением межмашинного обмена.Для расширения возможностей слежения в НКУ входят подвижные станции слежения на кораблях, автомобильных и железнодорожных платформах и самолетах, используемые в период сложных и ответственных полетных операций, как, например, совместный полет космических кораблей «Союз» и «Аполлон», при котором в дополнение к сети стационарных станции слежения были задействованы три корабельные станции слежения НКУ «Авангард» (США), «Академик Сергей Королев» и «Космонавт Юрий Гагарин» (СССР), три самолетные станции слежения две в Южной Африке, одна в Австралии и одна передвижная станция в Ньюфаундленде.
Средства связи НКУ предназначены для объединения всех элементов НКУ в единую информационную сеть и обеспечивают ретрансляцию командной, программной и уставочной информации, а также ТЛФ и ТВ сигналов из ЦУП на станции слежения; ТЛФ, ТВ, ТЛМ информации, получаемой с КА, со станций слежения в ЦУП; информации между ЦУП, моделирующими стендами и центрами обработки научной информации; служебной информации НКУ, необходимой для нормального функционирования контура управления.
Сеть связи НКУ включает управляющий центр, оборудованный специальными ЭВМ, различающими специфические типы информации и автоматически направляющими или переключающими нужную информацию по месту назначения и, кроме того, управляющими резервами сети связи так, чтобы при отказе отдельных каналов потери или задержки информации были минимальными.
Основным, требованием к средствам связи является высокая достоверность передачи информации между элементами НКУ, для чего в процессе передачи командной, программной и уставочной информации из ЦУП на станции слежения происходят ее поразрядное квитирование, проверка контрольной суммы массивов и специальное кодирование.
Высокая надежность передачи информации обеспечивается горячим резервированием каналов связи. Использование спутниковретрансляторов в составе НКУ позволяет:
снизить эксплуатационные расходы НКУ за счет уменьшения количества наземных, корабельных и самолетных станций слежения;
расширить зоны связи (вместо 10 20% на витке до 80 85% для околоземных КА), полосы каналов связи и обеспечить многоканальную связь;
обеспечить высокую достоверность передачи сообщений; существенно упростить процесс управления средствами НКУ.
Рис. 11.1. Функциональная схема НКУ: 1 - спутник-ретранслятор для связи с КА; 2 - каналы связи «спутник-ретранслятор _ КА»; 3 - каналы связи «спутник-ретранслятор - станция спутниковой связи»; 4 - обслуживаемый КА; 5 - каналы связи «КА - наземная станция слежения»; 6 - спутник-ретранслятор для связи ЦУП со станциями слежения; 7 - каналы связи «станции слежения - спутник-ретранслятор»; 8 - пункт спутниковой связи для управления КА; 9 - наземные станции слежения; 10 - наземные каналы связи НКУ: 11- корабельная станция слежения; 12 - пункт спутниковой связи для связи с наземными и корабельными станциями слежения; 13 - космодром запуска КА; 14 - центр управления полетом (ЦУП); 15 - комплексный моделирующий стенд; 16 - электрический аналог КА (комплексный стенд); 17 - центры обработки научной информации; 18 -вспомогательные службы управления полетом Центр управления полетом (ЦУП)
БИЛЕТ №4
1. Общее представление о процессе управления полетом. Основные функции управления полетом
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.
С рабочей орбитой КА связана длительность наблюдения его из одного наземного пункта. Низкоорбитальные КА находятся в зоне прямой видимости наземного пункта всего несколько минут (например, станция «Салют-6» 5 - 8 мин), поэтому для обеспечения достаточного времени связи с КА необходима целая сеть наземных пунктов или связь через спутники-ретрансляторы.
Высокоорбитальные КА, а также КА, летящие к другим планетам, находятся в зоне прямой видимости наземного пункта в течение нескольких часов, однако для связи с межпланетными КА нужны более мощные наземные средства (большие диаметры антенн, передатчики большей мощности и т. п.) по сравнению со средствами связи низкоорбитальных КА.
Управление космическим комплексом усложняется с увеличением числа входящих в него КА с точки зрения координирования работы наземных средств с программой работы каждого КА. Наиболее сложным и ответственным является управление полетом пилотируемого космического комплекса в связи с дополнительными задачами взаимодействия Земли и экипажей и обеспечения безопасности полета.
Программа полета - это план работы КА, экипажей (если полет пилотируемый) и наземных средств, взаимодействующих с КА.
Общий план полета разбивают на участки, характерные выполнением определенных промежуточных задач полета. Например, весь полет орбитальной станции «Салют» разбит на участки выведения и орбитального полета, а последний, в свою очередь, - на экспедиции, причем каждая экспедиция, решая свою задачу, имеет вполне определенную последовательность полетных операций:
выведение транспортного корабля (ТК) с экипажем;
сближение и стыковка ТК со станцией;
переход экипажа из ТК в станцию;
проведение заданной программы исследований и экспериментов в процессе полета экспедиции на станции;
расстыковка ТК и станции;
спуск и посадка спускаемого аппарата ТК с экипажем и возвращаемыми грузами.
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
Программно-математическое обеспечение БКУ, алгоритмы управления бортовыми системами
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.
