Соловьев В.А., Лысенко Л.Н., Любинский В.Е. Управление космическими полетами. Часть 2 (2010)

Ь.А. ~ ОЛОВЬеВ, .гт т т тв зъ 'гс тт ~ о л.и. лысенко, ь.ь. люоинскии В Й Й В.А. Соловьев, Л.Н. Лысенко, В.Е. Любинский Управление космическими полетами Часть 2 Под общей редакцией Л.Н. Лысенко Допущено Учебно-методическим обьединением вузов по университетскому политехническому образованию в качестве учебного пособия для студентов высизих учебных заведений, обучающихся по направлениям подготовки «Ракетостроение и космонавтика» и «Гидроаэродинамика и динамика полета» Москва 2010 УДК 629.786.2.05(075.8) ББК 39.62 С60 Издано прн финансовой поддержке Федерального агентства по печати и массовым коммуникациям в рамках Федеральной целевой программы «Культура России» рецензенты: С60 УДК 629.786.2.05(075.8) ББК 39.62 С1 Соловьев В.А., Лысенко Л.Н,, Любинский В.Е., 2010 Ю Оформление.

Издательство МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2010 1БВХ 978-5-7038-3352-0 (Ч. 2) ! ЗВХ 978-5-7038-3350-6 кафедра «Информационно-управляющие комплексы» Московского авиационного института (государственного технического университета) (зав, кафедрой д-р техн, наук, проф.

МН. Красияьгциков); д-р техн. наук, проф. В.И. Лобачев; д-р техн. наук, проф. В.Г. Кравец Селевьйв В. А. Управление космическими полетами: учеб. пособие: в 2 чЛ В. А. Соловьев, Л. Н. Лысенко, В. Е. инский; под общ. ред. Л. Н. Лысенко. М.: Изд-во МГГУ им. Н. Э. Баумана, 2010. 1$Вг) 978-5-7038-3350-6 Ч. 2.

— 426, [61 с.: ид. 1$ВК 978-5-7038-3352-0 Впервые в учебной литературе систематизироваиио изложены творе. тические основы и научно-технические задачи управления полетами как пилотируемых, так и беспилотных космических аппаратов, выводимых иа окалоземиые и межпланетные орбиты. В первой части рассмотрены обшие вопросы технологии управления, системио-теоретические основы построения авгоматизированиой системы управления и планирования космических полетов.

Во второй показаны осиовиые зтапы и вилы обеспечения управления космическими полетами иа разных стадиях их подготовки и осушесгвлеиия, рассмотрены прикладные аспекты адаптации контура управления полетами к решению целевых задач иа борту космических аппаратов и орбитальных комплексов. Выполнен анализ проблем управления полетами перспективных космических аппаратов и предложены пути решения зтнх проблем. Содержание учебного пособия соответствует курсам лекций, читаемых авторами в МПУ им. Н,Э. Баумана.

Дла студентов старших курсов и аспирантов, слушателей, адъюнктов и курсантов военных учреждений высшего профессиоиальиого образования. Может быть полезно специалистам в области управления космическими палетамн, в том числе зарубежным, принимающим участие в выполнении совместных космичссхих прозрамм. ПРЕДИСЛОВИЕ Настоящая книга является продолжением учебного пособия по циклу дисциплин, объединяемых названием «Управление космическими полетами», имеющего сквозную нумерацию разделов и глав, единые обозначения и сокращения, списки использованной и рекомендуемой для углубленного изучения предмета литературы.

В первой части пособия рассмотрены общие принципы лостроення автоматизированной системы управления (АСУ) космическими полетами (КП), научно-технические основы синтеза структуры и пути совершенствования функционирования, а также разные уровни математического моделирования ее состояния, начиная с концептуальной модели процессов управления и заканчивая системными аспектами одного из главных видов обеспечения КП вЂ” алгоритмического оснащения средств баллнстико-навнгационного обеспечения (БНО) наземного комллекса управления.

Применительно к служебным и динамическим операциям показана возможность распространения на реализующие их системы фундаментальных системных свойств, сформулированных в общей теории, для анализа целевых и информационно-технических возможностей комплекса управления. Как следствие, обосновывается воэможность оценки потенциальной способности допустимых технологий управления КП по решению целевых задач на основе построения множеств достижимости. Наконец, сформулированы принципы и требования к планированию полета на всех определяющих этапах жизненного цикла космического аппарата (КА) либо космической системы.

Во второй части пособия наибольшее внимание уделяется прежде всего детальному рассмотрению основных вилов обеспечения космического полета, характеризующих алгоритмическое наполнение процедур технологии управ- Предисловие лепна (ТУ) полетом. а также вопросам оперативного управления, в том числе и при возникновении аномальных (нештатных) ситуаций. С учетом изложенного представляется оправданным рекомендовать изучение материалов данной части учебного пособия только прн условии усвоения читателем материала первой части пособия либо наличия у него достаточной квалификации, исключающей необходимость изучения принципов функционирования и системного анализа АСУ КП.

В противном случае изучение только второй части пособия окажется малопродуктивным. Хотелось бы предостеречь читателя и от иной крайности. Квазисамостоятельный характер настоящей части пособия может спровоцировать читателя на попытку подменить изучение фундаментальных проблем баллистики и навигации КА, теории телеметрии, командно-программного управления и других дисциплин материалами данной части пособия, благо в ней весьма компактно изложены основные положения перечисленных научно-технических дисциплин.

Это также может привести к напрасной трате времени и снл. Дело в том, что большинство указанных дисциплин предполагает необходимость выделения как исполнительной, так и проектной составляющих. Указанное обстоятельство характерно, в частности, для баллистики, причем требования к изложению материала и перечню подлежащих рассмотрению задач проектной и исполнительной баллистики различаются весьма существенно. В данном пособии акцент делается на исполнительной составляющей. В результате даже при идеальном усвоении материала пособия обучаемый окажется недостаточно подготовленным специалистом.

Таким образом, авторы считают целесообразным обратить внимание на то, что прн всей широте рассматриваемых в книге «Управление космическими полетамн» теоретических положений нх изучение не только не исключает необходимости самостоятельного освоения соответствующих вопросов по специальной фундаментальной литературе (для специализирующихся в области эксплуатации космических систем), но н делает это более чем желательным с точки зрения требованиИ к подготовке специалистов-разработчиков по направлениям Предисловие Государственных образовательных стандартов, применительно к которым написано предлагаемое учебное пособие. Наконец, хотелось бы воспользоваться предоставившейся возможностью, обусловленной неодновременностью выхода в свет частей книги, чтобы исправить неточности, допущенные при подготовке первой части пособия. Речь, прежде всего, идет о несоответствии ссылок в тексте на источники литературы начиная с позиции 51.

По техническим причинам произошло смещение перечня ссылок на одну позицию, т. е. начиная с указанного пункта ссылки в тексте соответствуют источникам в списке литературы на единицу меньше. При ознакомлении с первой частью пособия помимо отмеченного были выявлены также досадные опечатки, допущенные в гл. 1! . В частности, на стр. 386 во втором абзаце снизу вместо 4 /~в следует читать (4 1О ~);о',вместо «односуточного витка» (стр. 394, вторая строка снизу)— «первого суточного витка»; вместо «обработка» (стр, 402, 16-я строка сверху) — «отработка». Авторы приносят читателям свои извинения за доставленное неудобство работы с книгой, обусловленное допущенными и отмеченными выше неточностями. СОКРАЩЕНИЯ И ОСНОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ Сокращении АББД АОИ АСБНО АСИТО АСКПО АСОИ АСУ КП бортовая аппаратура базовый блок В список включены общепрннвгые н наиоолес часто используемые в книге со«ращенив, расшифровка вспомогательных приводитск непосредственно в тексте.

БА ББ БВК БД БИ БИС БКАУ БКУ автоматизированный банк баллистических данных аппаратура обмена информацией автоматизированная система баллистико- иавигационного обеспечения автоматизированная система информационно- телеметрического обеспечения автоматизированная система командно- программного обеспечения автоматизированная система обмена информа- цией автоматизированная система управления косми- ческим полетом бортовой вычислительный комплекс база данных буфер измерений бортовая информационная система бортовой комплекс автоматического управления бортовой комплекс (контур для схемных решений) управления Сокращении и основные обозначения ЬНО ьпп БРТК ЬРТС ьсп БЦ БЦВМ БЭС ВК ВТИ ВТО ВЦ ГАП ГДПР ГКНПЦ ГКПУ ГОГУ ГСО ДОС ДПО ДПП ДУ ЕЦП ЗРВ ИВК ИД баллистнко-навигационное обеспечение бортовой план полета бортовой радиотехнический комплекс бортовая радиотехническая система баллистическая схема полета баллистический центр бортовая цифровая вычислительная машина баллистическая экспертная система вычислительный комплекс внешнетраекторные измерения вторичная обработка (информации) вычислительный центр группа автоматизированного планирования группа детального планирования и реализации программы полета Государственный космический научно-произ- водственный центр группа командно-программного управления главная оперативная группа управления группа планирования гироскопическая система ориентации долговременная орбитальная станция двигатели причаливания и ориентации детальный план полета директива управления; двигательная установка единый цифровой поток зона радиовидимости информационно-вычислительный комплекс исходные данные Гонращеиня и основные обозначения ИМО ИОДЭ ИП ИРС ИОВЦП ИСЗ ИТНП ИТО КА КВМ КГС КДО КИК КИП КИС КК КМ КМК КМС КП КПИ КПУ КПО КРЛ КС КСП КСС ЛИ ннформапнонное медицинское обеспечение информационное обеспечение деятельности экипаяа измерительный пункт ннтегрнрованный росснйскнй сегмент (МКС) информационное обеспечение выполнения целевой программы нскусственный спутник Земли нзмеренне текущих навигационных параметров ннформацнонно-телеметрнческое обеспечение космический аппарат координатно-временные методы коэффициент глобальной связи контрольно-днагностнческое обеспечение командно-измерительный комплекс командно-измерительный пункт командно-измерительные средства; контрольно- испытательная станция космнческнн корабль координатные методы каталог матричных команд комплексный моделнрующнй стенд космический полет командно-программная информация командно-программное управление командно-программное обеспечение командная раднолнння контрольная сумма; комплексный стенд каталог свободной памяти конец сеанса связи летные испытания Сокращеиия и осиовиые обозиачеиив 1КИ ППР ДУ МКС ММД МНК МО МЦИ НАКУ НБЗ НИП НКО НКУ НРТК НСС НУ НЭК ОВС ОДУ ОЗУ ОК ОМО ОНА ОНКЗ ОНП ОП ОПД вЂ” летно-конструкторские испытания — лицо, принимающее решение — логическое условие — Международная космическая станция — математическая модель движения — метод наименьших квадратов — математическое обеспечение; математическое ожидание — массив цифровой информации — наземный автоматизированный комплекс управления — навигационно-баллистическая задача — наземный измерительный пункт — наземный комплекс отладки — наземный комплекс (контур) управления — наземный радиотехнический комплекс — начало сеанса связи начальные условия несгоревшие элементы конструкции определение вектора состояния обаединенная двигательная установка оперативное запоминающее устройство орбитальный комплекс общее математическое обеспечение — остронаправленная антенна — обобщенная некорректная задача — обобщенные наблюдаемые параметры — оперативный план — определение параметров движения Сокращения и основные обозначения ОПП ОПС ОС ОУ ПБО ПВО ПВМ ПВУ ПДЦМ ПЗС ПЗУ ПК ПКА ПМК ПМО ПО ПР ПРО ПС ПСС РГ РК РКО РКП РН РП РСС РТО СА оперативный план полета орбитальная пилотируемая станция орбитальная станция; операционная система операция управления; объект управления подсистема баллистического обеспечения первичная обработка (информации) программно-временные методы программно-временное управление параметры движения центрамасс план задействования средств (НКУ) постоянное запоминающее устройство персональный компьютер; пульт космонавтов пилотируемый космический аппарат пилотируемый межпланетный корабль программно-математическое обеспечение программное обеспечение; полетная операция пункт-ретранслятор предварительная обработка (информации) полиномная среда программа сеанса связи радиограмма разовая команда радиоконтроль орбиты резервные коммутационные приборы ракета-носитель рабочая программа расписание сеансов связи радиотехническое обеспечение спускаемый аппарат Соираи1еиия и осиоеиые обозиачеиия СЛС СЬИ СЛУ СЕВ СКДУ СК СКО СлБ СМО СМЦИ СНУ СОИ СП СП КПИ СПО СПП СР СРП СС ССКУ ССПД ССС СТС СУ СУБА СУБД система аварийного спасения система бортовых измерений; стандартная баллистическая информация система дифференциальных уравнений (движения) служба единого времени сближаюше-корректирующая двигательная установка — система координат среднее квадратическое отклонение служебный борт специальное математическое обеспечение совокупность массивов цифровой информации система нормальных уравнений средства отображения информации суточная программа система передачи командно-программной информации специальное программное обеспечение суточная программа полета спутник-ретранслятор сменный руководитель полета сеанс связи; станция слежения спутниковая система контроля н управления система связи и передачи данных система спутниковой связи сложная техническая система система управления система управления бортовой аппаратурой система управления базой данных Солращения и основные обозначения СУБК СУД СУДН СУУ сэ тв тгу тду тк тлФ тми тмо тнп то тп ту ТУЗ тц тцу ув УИВК ФМ ФПС ФЯ ЦБД ЦБЗ ЦИ ЦМ система управления бортовым комплексом система управления движением система управления движением и навигации система условных уравнений сообщение экипажа телевизионный технологический график управления тормозная двигательная установка транспортный корабль телефонный телеметрическая информация телеметрическое обеспечение текущие навигационные параметры технологическая операция технологический процесс технология управления таблица узловых значений технологический цикл (обработки) технологический цикл управления управляющее воздействие управляющий информационно-вычислительный комплекс функциональный модуль функциональная подсистема функциональное ядро центральная база данных целевая баллистическая задача цифровая информация целевой модуль; центр масс (аппарата) Сокртцения и основные обозначения Центр подготовки космонавтов цпк цу ЦЗП цус эвм эс этд яп целеуказание Центр управления полетамн центральный узел связи электронная вычислительная машина экспертная система эксплуатационно-техническая документация язык программирования Основные обозначения 13 Векторы выделены прямым полужирным шрифтом; матрицы обозначены прописными прямыми полужирными буквами (А, В, С) либо представлены в виде частных производных от векторов ~ — ~.