Диссертация (Метод обеспечения безопасного спуска пилотируемого КА при возникновении нештатной ситуации на любом этапе орбитального полета), страница 8

На основе этой базы данных было разработано ПМОрасчета безопасного варианта спуска при возникновении нештатнойситуации на любом этапе полета [5].Так как указанное ПМОразрабатывалось для оперативного БНО управления полетами, оно должноудовлетворять следующим требованиям [25]:· максимальноебыстродействиеоперативныхпрограммно-математических комплексов расчета спуска;· максимальнаяавтоматизацияпроцессоввводаивыдачиинформации.· минимальный объем занимаемой памяти;· оптимальное использование вычислительных ресурсов.Для выполнения всех вышеперечисленных требований, ПМО расчетабезопасного варианта спуска при возникновении нештатной ситуации былоразработаносиспользованиемwebтехнологийASP.NETMVCсиспользованием языка программирования высокого уровня С# – этопозволило существенно сократить время, необходимое для разворачиванияприложения в зале оперативного БНО управления полета и упроститьтехническую поддержку.

Все математические процедуры и функциинаписаны на языке программирования С++, такой подход позволилсущественно увеличить быстродействие расчетов, так как особенностиреализации языка С++, в отличие от C# позволяют более эффективноиспользовать вычислительные мощности центрального процессора длячисленных методов.52Длявозможностиоперативногоизмененияилидополненияматематической составляющей ПМО моделирования расчета безопасноговарианта спуска при возникновении нештатной ситуации на любом этапеполета, при построении программы использовалась архитектура, основаннаяна принципе разделения интерфейса от алгоритмической части (рис.

3.3.1).Действия пользователяИнтерфейсИсходные данные- вектор состояния;- диапазон значенийфункции;1- дата и время возникновениянештатной ситуацииМодуль вывода1 результатовПередачавызоваСообщения обизмененияхКонтроллерМодельМодуль преобразования1 данныхисходныхУниверсальная модельдвижения1КА и ВАИзменениемоделиМодель СУСМодуль проверкиисходных1данных1Модуль построениязадания1на расчетЭлектронная карта1Модуль преобразованиярезультатов1 расчетаМодель расчета данных1формата отображенияРис. 3.3.1 Архитектура построения ПМОДля возможности оперативного решения задачи выбора приемлемогопо безопасности варианта спуска при программной реализации поискаприцельнойточкипоэлектроннойкартеиспользовалсяалгоритм53параллельных вычислений [26, 27].

Для обеспечения применения такогоалгоритма необходимо выполнение всего 2-х условий:· возможность выделения независимых задач;· наличие свободных вычислительных мощностей.Поднезависимымизадачаминужнопониматьотдельныебаллистические расчеты, которые можно проводить без синхронизации другсдругом.Алгоритмвыбораприемлемойпобезопасноститочкиприцеливания подразумевает построение достижимой зоны маневра, границакоторойрассчитываетсядифференциальныхисходяуравненийизинтегрированияс(3.1.4)различнымисистемызначениямиуправляющего параметра (угла крена). Эти математические операцииполностью независимы друг от друга и требуют синхронизации только надальнейших стадиях работы.

Электронная карта была реализована сиспользованием технологии реляционных баз данных, которая изначальнопредполагает наличие многопоточного режима. Исходя из это можно сделатьвывод,предложенныйалгоритмпараллельныхвычисленийотличноподходит для расчета безопасного варианта спуска при возникновениинештатных ситуаций.По результатам работы предложенного алгоритма было проведеносравнение времени работы алгоритма выбора наиболее безопасной точкиприцеливания в зависимости от количества итераций (рис.3.3.2). Как видноиз графика, при небольшом количестве итераций, эффект от примененияалгоритма параллельных вычислений небольшой. Однако, при неудачныхначальных условиях, когда количество итераций приближается к 10, времявыполнения отдельных независимых задач существенно сокращается.

Привыделении достаточного количества независимых задач и свободныхвычислительныхмощностейэффектвускорениибыстродействия54программы, может быть увеличен в разы по сравнению с применениемклассической архитектуры построения программных комплексов.Время выполнения, сЧисло итерацийРис 3.3.2 Сравнение времени работы двух алгоритмовПрограмма моделирования расчета безопасного варианта спуска привозникновениипрограммныйнештатнойкомплексситуации«Расчетиинтегрированоотображениевоперативныйсопроводительныхбаллистических данных» (рис.

3.3.3). Для проведения экспериментальныхрасчетов в базу данных обслуживаемых КА был внесен ПТК НП сзаявленными массо-инерционными характеристиками. В форму вводазаданий на расчет спуска для ПТК НП была добавлена возможность расчетанаиболее безопасного варианта спуска исходя из параметров текущегоположения ПТК НП на орбите и времени возникновения нештатной ситуации(рис. 3.3.4). Исходными данными для алгоритма расчета безопасноговариантаспускапривозникновениинештатнойситуацииявляютсякоординаты положения КА в гринвичской системе координат, минимальнодопустимыйквалификаторточкивозникновения нештатной ситуации.прицеливания,идатаивремя55Рис 3.3.3 Главное окно программного комплексаРис.

3.3.4 Исходные данные и результаты работы ПМО56Результатом работы программы является номинальная траекторияспуска (рис. 3.3.5), удовлетворяющая требованиям по квалификаторуприцельной точки и минимальному времени между возникновениемнештатной ситуации и включением двигательной установки на торможениедля текущего значения минимально допустимого квалификатора районапосадки.Рис. 3.3.5 Результаты работы ПМО574. Исследование особенностей применения АСН дляобеспечения высокоточного спуска4.1 Основные задачи и особенности использования АСН наразличных этапах спуска.Важнейшиминаиболеесложнымэтапомполеталюбогопилотируемого КА является спуск в атмосфере и мягкая посадка в заранеерассчитанном районе.

Именно поэтому процесс подготовки к возвращениюэкипажа на Землю содержит множество обязательных проверок различныхсистем,обеспечивающихкосмическойэкспедиции.возможностьТак,организованногопроведениезавершенияпилотируемогоспусканевозможно без предварительной проверки герметичности переходныхлюков (в случае полета в составе орбитальной станции), проверкикорректности работы навигационной системы и цифровой вычислительноймашины, с помощью которой осуществляется расчет всех необходимыхпараметров спусковой траектории. В случае же возникновения нештатныхситуаций время на проведение спуска сильно ограничено. В таблице 4.1 и нарисунке 4.1.1 представлены все основные стадии подготовки и проведенияпилотируемого спуска при возникновении нештатной ситуации, требующейсрочного завершения космического полета. Каждый из представленныхэтапов имеет свои особенности и ограничения, влияющие на работуразличных составляющих СУДН.

Кроме того, одним из важнейших условийобеспечениябезопасностизавершениякосмическойэкспедициипривозникновении нештатной ситуации является необходимость приведения ВАв точку ввода парашютной системы с точностью не хуже чем 1 км, чтоневозможно осуществить безналичия высокоточной навигационнойинформации на любом участке полета КА. Отсюда вытекает необходимостьисследования условий работы АСН отдельно для каждого из представленныхэтапов спуска.58Табл.

4.1. Циклограмма подготовки и проведения спуска№п/пНаименование операцииПримерное время напроведение операцииЗакрытие переходного люка, одевание1.скафандров, проверка герметичности≈ 20-40 минлюков2.Выбор приемлемого по безопасностиварианта спуска≈ 1 мин3.Расстыковка и увод корабля от станции≈ 5 мин4.Построение ориентации≈ 15 минОжидание времени включения ДУ назависит от текущеготорможениеположения КАОтработка тормозного импульса≈ 4 мин5.6.7.8.9.10.Полет до входа в атмосферу и началауправленияПолет в условиях отсутствия радиосвязиУправление по алгоритмам терминальногонаведенияПарашютный участок спуска≈ 25 мин≈ 3- 5 мин≈ 10 мин≈ 5 – 7 мин4.1.1 Этап проверки герметичности люков и одевания скафандров.После принятия решения о проведении срочного спуска, послеперехода экипажа в КА и перед расстыковкой корабля от станциидлякосмонавтов обязательными процедурами являются одевание скафандров ипроверка на герметичность люков.

Это одна из самых длительных операцийпо подготовке к спуску, за время которой происходит расконсервация ипроверка всех систем КА. Во время полета пилотируемого корабля в составекосмической станции, предполагается, что навигационная система КА59отключена, поэтому на этом этапе подготовки к спуску запуск АСНпроисходит из режима «холодного» старта (отсутствует информация отекущих видимых спутниках ГНСС).

Время на поиск навигационногосозвездия, а также решения задачи уточнения текущего положения КА длятакого режима работы АСН может составлять до 2 – 2,5 минут. После этогорешается задача определения орбиты, для ускорения которой в качествепервого приближения используется информация от АСН космическойстанции.Рис. 4.1.1 Временные рамки подготовки и проведения спуска4.1.2 Выбор приемлемого по безопасности варианта спускаЗадачу поиска приемлемой по безопасности траектории спуска можноразделить на две подзадачи:60-поиска прицельной точки, удовлетворяющей условиюпргде=( , , ) ; (4.1)=, , ,,,т;текущий вектор состояния центра масс ВА (компоненты векторовположения и скорости),t – московское время, k – минимальнодопустимое значение оценки безопасности района посадки;-расчетавременивключенияДУнаторможение,обеспечивающего приведение ВА в выбранную прицельную точку пономинальной траекториивкл=( , ,пр) : γ = const; (4.2)Исходными данными для решения задачи поиска приемлемой побезопасности траектории спуска являются компоненты текущего векторасостояния, получаемые после решения задачи определения орбиты поданным АСН.