Автореферат (Разработка и исследование прецизионной системы информационного обеспечения бортового комплекса управления космическим аппаратом научного назначения)

На правах рукописи УДК б29.785 Рябогин Николай Владимирович РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ ПРЕЦИЗИОННОЙ СИСТЕМЫ ИНФОРМАЦИОННОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ БОРТОВОГО КОМПЛЕКСА УПРАВЛЕНИЯ КОСМИЧЕСКИМ АППАРАТОМ НАУЧНОГО НАЗНАЧЕНИЯ 05.) 3.01 — Системный анализ, управление и обработка информации ~в технических системах) АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Москва — 2017 Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего образования «Московский государственный технический университет им.

Н.Э, Баумана (национальный исследовательский университет)». Задорожиая Наталия Михайловна, кандидат технических наук, доцент, доцент кафедры «Системы автоматического управления» МГТУ им. Н.Э. Баумана Научный руководитель: Официальные оппоненты: Головая Андрей Андреевич, доктор физико-математических наук, профессор, заведующий лабораторией управления и навигации, Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова. Абезяев Илья Николаевич, кандидат технических наук, главный научный сотрудник комплекса систем управления АО «ВПК «НПО машиностроения» Защита состоится «12» сентября 2017 г. в 14 час. 30 мин.

на заседании диссертационного совета Д 212.141,02 в Московском государственном техническом университете имени Н.Э. Баумана по адресу: 105005, Москва, Госпитальный пер., д. 10, ауд, 613 м. С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МГТУ им. Н.Э. Баумана и на сайте чм ж.Ьп1яШ гц. Отзывы и замечания по автореферату в двух экземплярах, заверенные печатью, просьба выслать на имя ученого секретаря диссертационного совета по адресу: 105005, Москва, 2-я Бауманская улица, д. 5, стр. 1. Автореферат разослан « » 2017 г.

Ученый секретарь диссертационного совета Д 212.141.02 7 /' кандидат технических наук, доцент Д„у «ф /~ Муратов И.В. Ведущая организация: Акционерное общество «Научно-производственное объединение им. С.А. Лавочкина», г. Химки, Московской области Общая характеристика работы Актуальность работы. В связи с расширением космической научной программы и постановкой новых задач для целевой аппаратуры (ЦА) космических аппаратов (КА) актуальна проблема создания космических аппаратов научного назначения, в которых требуется обеспечить прецизионное определение ориентации и наведения научного КА. Задача наведения и ориентации КА связана с наведением визирной системы координат (ВСК), связанной с ЦА, и решается служебным бортом, включающим в себя бортовой комплекс управления (БКУ), который и обеспечивает требуемую точность ориентации.

Требования к точности ориентации КА научного назначения выше требований для КА других типов. Это связано с тем, что астрономические исследования требуют более высокого разрешения. Отсутствие приборов для прецизионной ориентации КА, невозможность воспроизведения некоторых приборов, высокая стоимость ОКР по замещению приборов аналогами и время разработки нового прибора-аналога определяют необходимость поиска новых аппаратно-программных и конструктивных решений для обеспечения требований ТЗ к КА научного назначения, тем самым характеризуя задачу, поставленную в работе, как актуальную.

В настоящее время основным разработчиком КА научного назначения в России является НПО имени С. А. Лавочкина, Программа создания аппаратов, направленных на изучение космического пространства, реализована серией КА «Спектр», основанных на унифицированной платформе «Навигатор». Проект был начат еще в 80 годах, однако, по ряду обстоятельств, первый аппарат данной серии КА «Спектр-Р» был запущен только 18 июля 2011 года. КА проекта «Спектр» отличают высокие требования к точности определения ориентации и стабилизации, которые согласно требованиям технического задания (ТЗ) для БКУ КА «Спектр-Р» составляют 18 угловых секунд для случайной ошибки ориснтации и 5 угловых секунд на стабилизационные отклонения.

Эти требования были успешно обеспечены в БК У КА (разработки МОК Б «Марс») за счет комплексной обработки измерительной информации прибора ГИВУС КИНД34-020 (разработки НИИ прикладной механики имени Кузнецова) и звездного прибора (ЗП) АД-1 (разработки МОКБ «Марс»). Требования к остальным КА серии «Спектр»: «Спектр-РГ», «СпектрУФ», «Спектр-М», «Гамма-400» — в части точности определения и поддержания ориентации еще более высокие. Однако невозможность воспроизведения ЗП АД-1 определяет необходимость поиска новых решений для обеспечения требований ТЗ к КА серии «Спектр». Решением задачи определения и расчета данных об ориентации ВСК КА в БКУ КА серии «Спектр» занимается система информационного обеспечения (СИО).

СИО является функциональным объединением датчиков первичной информации и программного обеспечения (ПО), размещаемого в бортовой вычислительной системе (БВС) БКУ. СИО предназначена для формирования необходимой измерительной и расчетной информации, обеспечивающей решение задач управления и контроля во всех режимах функционирования КЛ.

В связи с вышеизложенным, проблема разработки СИО БКУ КЛ научного назначения, отвечающей заданным требованиям по точности определения ориентации КА, является актуальной. В настоящей работе представлено решение следующей задачи: разработка и исследование СИО БКУ КА серии «Спектр», обеспечивающей заданные требования по точности определения ориентации. Принимая во внимание имеющийся технический задел МОКБ по алгоритмам БКУ КЛ серии «Спектр», разработка должна основываться на ранее разработанных алгоритмах смежных СИО подсистем БКУ, протоколах взаимодействия программных подсистем БКУ и не затрагивать смежные системы. Бортовой комплекс управления КА научного назначения должен обеспечивать определение ориентации ВСК КА относительно второй экваториальной системы координат (2ЭСК) (без учета погрешности взаимной привязки приборных систем координат (ПСК) командных приборов (КП) и ВСК) с предельной погрешностью ~Зо) не более 10" по каждой из осей ВСК при неподвижных элементах конструкции КА, вне участков коррекции орбиты и разгрузки двигателей-маховиков.

Выходная информация СИО должна обеспечивать разность между максимальным и минимальным значениями стабилизационного отклонения по угловой координате в инерциальном пространстве не должна превышать 5". Целью диссертационной работы является разработка прецизионной системы информационного обеспечения, отвечающей заданным требованиям по точности определения ориентации бортового комплекса управления космическим аппаратом научного назначения. Объектом исследования являются бортовые комплексы управления космическими аппаратами, в частности системы информационного обеспечения и системы измерений БКУ КА. Предметом исследовании являются алгоритмы и способы обеспечения точностных требований к системе информационного обеспечения бортовых комплексов управления космическими аппаратами. Ддя достижения цели в данной работе поставлены и решены следующие задачи: 1.

Исследованы существующие алгоритмы, обеспечивающие точное определение параметров ориентации. Определены недостатки исследованных алгоритмов, сформулированы требования к необходимым алгоритмам; 2. Проведен анализ существующих приборов и определена возможность создания системы, обеспечивающей прецизионное определение параметров ориентации, на основе этих приборов. Определены перспективы развития приборов для системы прецизионного определения параметров ориентации; 3.

Разработана методика оценки точности определения ориентации БКУ КА различного назначения, которая обобщает частные задачи оценки точности параметров ориентации; 4. Разработана структурно-функциональная схема системы информационного обеспечения, включающая в себя имеющийся задел по алгоритмам СИО и вновь разработанные алгоритмы; 5. Разработан алгоритм комплексирования информации инерциального измерительного блока и звездных приборов, отличающийся низкими требованиями к вычислительным ресурсам БКУ; б.

Разработана модель виртуального звездного прибора. Модель использует природу распределения высокочастотной погрешности звездного прибора на оси приборной системы координат, обеспечивая формирование данных об ориентации виртуального прибора по информации от двух работающих звездных приборов; 7. Разработаны вспомогательные алгоритмы обеспечения точности определения ориентации: алгоритм калибровки дрейфов ИИБ и алгоритм фильтрации высокочастотной погрешности звездных приборов. Алгоритмы также отличаются низкими требованиями к вычислительным ресурсам БКУ; 8. Проведено моделирование функционирования разработанных алгоритмов в составе бортового комплекса управления космического аппарата на стенде математического моделирования, Подтверждена правильность принятых при разработке алгоритмов допущений.