Бровкин А.Г., Бурдыгов Б.Г., Гордийко С.В. Бортовые системы управления космическими аппаратами (2010)

Федеральное космическое агентствоФедеральное государственное унитарное предприятиеМосковское опытно-конструкторское бюро «Марс»Федеральное агентство по образованиюМосковский авиационный институт(государственный технический университет)БОРТОВЫЕ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯКОСМИЧЕСКИМИ АППАРАТАМИПод редакцией доктора техн. наук, профессора А.С. СыроваДопущено Учебно-методическим объединениемвысших учебных заведений Российской Федерациипо образованию в области авиации, ракетостроения икосмоса в качестве учебного пособия для студентоввысших учебных заведений РФ, обучающихся по направлениюподготовки дипломированного специалиста 160600«Интегрированные системы летательных аппаратов»и по специальности 160403«Системы управления летательными аппаратами»МоскваИздательство МАИ-ПРИНТ2010ББК 39.56УДК 629.7.05Б 82Б 82Авторы: Бровкин А.Г., Бурдыгов Б.Г., Гордийко С.В., Горячев А.Ф.,Заведеев А.И., Камальдинова Р.А., Козлов А.И., Комин В.И., Луняков С.В.,Мищихин В.В., Полосин И.В., Попов Б.Н., Реутов В.Г., Семенов Е.Е.,Соколов В.Н., Сыров А.С., Чащин В.А., Шатский М.А., Шелогаев В.Б.,Шипов А.А., Яковлев А.А.ISBN 978-5-7035-2205-9Бортовые системы управления космическими аппаратами: Учебноепособие / Бровкин А.Г., Бурдыгов Б.Г., Гордийко С.В.

и др. Под редакциейА.С. Сырова – М.: Изд-во МАИ-ПРИНТ, 2010. – 304 с.: ил.В настоящем учебном пособии на основе опыта разработки комплексовуправления для объектов космического назначения, накопленного МОКБ«Марс», изложены основные требования и принципы построения бортовыхсистем управления космическими аппаратами. Рассмотрены методы организации взаимодействия бортовой и наземной аппаратуры и соответствующегопрограммного обеспечения.Пособие предназначено для студентов старших курсов и аспирантов соответствующих специальностей, а также может быть полезным для молодыхспециалистов и научно-технических работников, занимающихся созданием иэксплуатацией систем управления космических аппаратов.Рецензенты:кафедра «Системы автоматического управления» МГТУим. Н.Э.

Баумана (зав. кафедрой, д-р техн. наук, проф. К.А. Пупков )д-р техн. наук, проф., член-корреспондент РАН Г.М. ЧернявскийISBN 978-5-7035-2205-9© ФГУП МОКБ «МАРС», 2010© МОСКОВСКИЙ АВИАЦИОННЫЙ ИНСТИТУТ(государственный технический университет), 2010ОГЛАВЛЕНИЕПредисловие. . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8Введение. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91. Принципы построения бортовых систем управлениякосмическими аппаратами . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . 121.1. Типовые схемы выведения космических аппаратовна орбиту . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 121.2. Функции и состав бортовой системы управления . . . . . . 151.3. Основные технические решения при разработкебортовой системы управления . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 271.4. Базовые составные части бортовой системыуправления . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 292. Командная радиолиния космического аппарата . . . . . . . . . . . . . 382.1. Взаимодействие бортовой аппаратуры командноизмерительной системы с бортовой системой управления . . 422.2. Алгоритм работы при приеме информации отбортовой аппаратуры командно-измерительной системы . . . 462.3.

Алгоритм работы бортовой системы управленияпри приеме командно-программной информациив виде кодовых команд. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 472.4. Алгоритм работы бортовой системы управленияпри приеме командно-программной информации в виденачальной управляющей информации .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . 492.5. Алгоритм работы бортовой системы управленияпри приеме командно-программной информации в видемассива изменяемых программ. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5142.6. Алгоритм работы бортовой системы управленияпри приеме командно-программной информации в видеполетного задания . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 532.7. Передача радиокоманд из бортовой аппаратурыкомандно-измерительной системы в систему управления. . . 533. Датчики первичной информации бортовой системыуправления . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 563.1. Астродатчики. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 563.2. Гироскопический измеритель вектораугловой скорости . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 623.3. Приборы ориентации на Землю. . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . 693.4. Приборы ориентации на Солнце . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 733.5. Магнитометр . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 764. Исполнительные органы систем стабилизации иориентации космических аппаратов . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . 804.1. Силовые гироскопические комплексы . . . . . . . . . . . . . . . 804.2. Комплексы управляющих двигателей-маховиков . . . . . . 844.3. Системы магнитной разгрузки управляющихдвигателей-маховиков . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . 934.4. Газореактивные двигатели . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 954.5. Магнитные исполнительные органы. . . . . . . . . . . . . . . . . 975. Определение ориентации космического аппаратапо информации от астродатчиков . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 996. Структура и типовые режимы функционированиясистемы управления движением космического аппарата . . . . . . . 1056.1. Структура системы управления движением.Основные задачи системы управления движением . . . . . . . . 1056.2. Управление движением космического аппарата .

. . . . . . 1146.3. Функционирование космического аппарата наразличных участках полета . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1286.4. Работа системы управления движениемв автономном режиме . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

1336.5. Работа системы управления движениемв нештатных ситуациях . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1387. Система стабилизации и ориентации . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1437.1. Функциональная схема, режимы работы исостав алгоритмов системы стабилизации и ориентации . . . 1437.2. Исходные данные для проектирования бортовойсистемы управления. . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1477.3. Управляющие и возмущающие моменты . . . . . . . . . . . . . 1477.4. Уравнения движения космического аппаратаотносительно центра масс . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1517.5. Уравнения упругих колебаний космического аппарата . 1527.6. Анализ устойчивости контуров стабилизациив частотной области . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1547.7. Демпфирование угловых скоростей после отделенияот разгонного блока . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1587.8. Разгрузка кинетического момента двигателеймаховиков с помощью комплекса магнитныхисполнительных органов . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . 1617.9. Разгрузка кинетического момента комплексауправляющих двигателей-маховиков с помощьюстационарных плазменных двигателей . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1657.10. Режимы переориентации . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . 1688. Система информационного обеспечения . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1698.1. Основные режимы работы системы информационногообеспечения. Состав алгоритмов системы информационногообеспечения . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 170568.2. Определение ориентации космического аппаратаотносительно базовых систем координат . . . . . . . . . . . . . . . . 1728.3. Определение ориентации и угловой скоростикосмического аппарата по информации от гироскопическогоизмерителя вектора угловой скорости . .

. . . . . . . . . . . . . . . . . 1748.4. Астрокоррекция параметров ориентации космическогоаппарата и калибровка гироскопического измерителявектора угловой скорости . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1798.5. Функциональный контроль гироскопическогоизмерителя вектора угловой скорости . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . 1848.6. Расчет параметров орбитального движения(бортовой прогноз). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1908.7. Расчет целеуказаний для управленияостронаправленной антенной . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2009. Система управления смежными системами . . . . . .

. . . . . . . . . . 2029.1. Взаимодействие с разгонным блоком . . . . . . . . . . . . . . . . 2029.2. Управление подсистемой подрыва пиросредств . . . . . . . 2039.3. Управление системой электроснабжения . . . . . . . . . . . . . 2079.4. Управление ориентацией солнечных батарей .

. . . . . . . . 2099.5. Управление средствами обеспечения тепловыхрежимов. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2159.6. Управление двигательной установкой . . . . . . . . . . . . . . . 21810. Телеметрическое обеспечение космических аппаратов . . . . . 22210.1. Система формирования цифровой телеметрическойинформации . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22310.2. Работа телеметрической системы космическогоаппарата. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23210.3. Планирование работы системы телеметрическойинформации в центре управления полетом . . . . . . . . .

. . . . . . 23911. Система управления целевой аппаратурой . . . . . . . . . . . . . . . . 24011.1. Логика и последовательность обмена при штатномобмене системы управления с бортовымрадиотехническим комплексом. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24311.2. Логика и последовательность обмена при различныхнештатных ситуациях, возникающих при информационномвзаимодействии системы управления с бортовымрадиотехническим комплексом.