Бровкин А.Г., Бурдыгов Б.Г., Гордийко С.В. Бортовые системы управления космическими аппаратами (2010), страница 2

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24412. Организация проектирования бортовых систем управления . 24712.1. Жизненный цикл бортовой системы управления . . . . . 24712.2. Определение цены разработки изделия . . . . . . . . . . . . . 24912.3. Использование CALS-технологий в космическойотрасли .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25012.4. Структура процесса разработки. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25212.5. Унификация аппаратуры и использование принциповоткрытой архитектуры. . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . 25312.6. Средства автоматизации разработок . . . . . . . . . . . . . . . . 254Приложение I – Некоторые средства описания механики полета . . 258Приложение II – Перечень основных сокращений . . . . . . . . . . . . 274Библиографический список . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . 30078ПРЕДИСЛОВИЕНастоящее учебное пособие соответствует разделам ряда учебных курсов в рамках подготовки дипломированных специалистов, обучающихся по направлению 160600 «Интегрированные системылетательных аппаратов» и специальности 160403 «Системы управления летательными аппаратами». Кроме помощи в самостоятельномизучении материала, учебное пособие предназначено для курсового идипломного проектирования, а также может быть полезным для молодых специалистов данного профиля деятельности и аспирантов.В отличие от многочисленных изданий, посвященных теоретическим основам управления, в работе основное внимание уделено вопросам практической реализации систем управления космическимиаппаратами. Предлагается систематизированный отбор материала, необходимого для изучения структуры и функционирования системуправления космическими аппаратами.Базовым материалом пособия послужили конкретные разработкиМОКБ «Марс», которое за несколько десятилетий накопило опыт создания систем и бортовых комплексов управления космическимиаппаратами различного назначения.

Разработка, изготовление, испытания и эксплуатация сложных технических систем сопровождаютсявыпуском большого количества технической документации: отчеты,технические задания и т.д. При составлении перечисленных документов широко используются сокращения и аббревиатуры. В пособииприводится малый толковый словарь терминов и сокращений, использованных при изложении материала.Авторы благодарят сотрудников кафедры «Системы приводовавиационно-космической техники» МАИ за помощь при написанииучебного пособия, а также сотрудников МОКБ «Марс» Качалову Е.Э.и Кособокову Т.В. за помощь в подготовке рукописи.Данный том учебного пособия подготовлен коллективом авторов:Бровкин А.Г.

(разд. 5), Бурдыгов Б.Г. (разд. 9), Гордийко С.В. (разд. 9),Горячев А.Ф. (разд. 3), Заведеев А.И. (разд. 7), Камальдинова Р.А. (разд. 7),Козлов А.И. (разд. 7), Комин В.И. (разд. 3), Луняков С.В. (разд. 1), Мищихин В.В.(разд. 12), Полосин И.В. (разд. 2, 10, 11), Попов Б.Н. (разд. 4), Реутов В.Г.(разд. 12), Семенов Е.Е. (разд. 8), Соколов В.Н. (введение, разд. 1), Сыров А.С.(введение, разд. 1, 12), Чащин В.А.

(прил. 1, 2), Шатский М.А. (разд. 6),Шелогаев В.Б. (разд. 3), Шипов А.А. (разд. 8), Яковлев А.А. (разд. 8).ВВЕДЕНИЕМосковское опытно-конструкторское бюро «Марс» имеет многолетний опыт создания авиационных и космических систем навигациии управления. В 1955–1960 годах коллективом была создана первая вСССР астронавигационная система управления для межконтинентальной крылатой ракеты «Буря». В 1961–1974 годах разработаныастросистемы управления ориентацией космических аппаратов исследования Луны и окололунного пространства, в том числе:– автоматической станции «Луна-9», совершившей мягкую посадку на поверхность Луны 31.01.1966 г.;– автоматической станции «Луна-16», обеспечившей доставку наЗемлю образцов лунного грунта 13.09.1970 г.;– автоматической станции «Луна-17», высадившей на поверхность Луны исследовательский аппарат «Луноход».Параллельно с «лунной» программой на предприятии проводились работы по созданию астросистем для определения ориентациикосмических аппаратов (КА) серии 11Ф619, предназначенных для изучения прохождения радиоволн в атмосфере Земли.В это же время были созданы астросистемы для самолетовТу-95М, Ту-142, Ту-160.В 1975–1982 годах коллектив занимался разработкой автопилотовдля ракет МКБ «Радуга», зенитных ракет КБ «Факел», КБ «Вымпел»,ДМЗ.

В 1983–1993 годы проводилась разработка алгоритмического ипрограммного обеспечения системы управления движением и навигацией орбитального корабля «Буран» на участке аэродинамическогоспуска с высоты 20 километров до посадки, включая пробег по взлетнопосадочной полосе до останова.

15 ноября 1988 г. впервые в мире осуществлена посадка орбитального корабля в автоматическом режимеуправления на заданный аэродром по траектории самолетного типа.В эти же годы разработаны автоматические бортовые системы управления для самолетов-разведчиков «Стриж» и «Рейс» АНТК им.А.Н. Туполева.910БОРТОВЫЕ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ КОСМИЧЕСКИМИ АППАРАТАМИНачиная с 1994 года МОКБ «Марс» проводит работы по созданиюсистем и бортовых комплексов управления для новых изделий космического применения. К этим изделиям в первую очередь относитсяразгонный блок «Бриз-М» для ракеты-носителя «Протон-М» разработки ГКНПЦ им. М.В. Хруничева.

Система управления разгоннымблоком «Бриз-М» разработки МОКБ «Марс» на 30.04.2010 г. обеспечила успешное выведение 41 спутника различного назначения на геостационарные и высокие орбиты.К проектированию систем управления для современных космических аппаратов МОКБ «Марс» приступило в 1999 г. При этом реализовывался подход к созданию бортовых систем управления (БСУ),основанный на унификации технических решений для КА различногоназначения.Космический аппарат дистанционного зондирования Земли (ДЗЗ)«Монитор -Э» (ГКНПЦ им.

М.В. Хруничева) с бортовой системойуправления разработки МОКБ «Марс» запущен 26.08.2005 г. на околополярную солнечно-синхронную орбиту (высота – Нкр=550 км). Порезультатам летно-конструкторских испытаний и последующей штатной эксплуатацией БСУ обеспечивала устойчивый полет КА в трехосной ориентации с работой съемочной аппаратуры оптическогодиапазона.18 июня 2006 г. выведен на геостационарную орбиту КА связи«KазСат» (ГКНПЦ им. М.В. Хруничева), а 11 февраля 2009 г.

– «Экспресс-МД1» (ГКНПЦ им. М.В. Хруничева), оба – с системами управления, разработанными МОКБ «Марс».Разрабатываются системы управления и наземная контрольнопроверочная аппаратура для КА «KазСат-2», КА «Экспресс-МД2»(ГКНПЦ им. М.В. Хруничева).Параллельно проводятся проектные работы по бортовым комплексам управления для геостационарного КА метеонаблюдений«Электро -Л» (НПО им. С.А. Лавочкина) и высокоорбитального КА«Спектр -Р», КА «Спектр-РГ», КА «Спектр-УФ», КА «Электро-2»ВВЕДЕНИЕ(НПО им.

С.А. Лавочкина), а также по бортовой вычислительной системе для КА ДЗЗ 14Ф133 (НПО МАШ).Накопленный опыт разработки, наземных и летных испытанийсистем и комплексов управления для объектов космического назначения позволил МОКБ «Марс» сформировать унифицированный рядБСУ для космических аппаратов различного применения, единый подход к проектированию наземной контрольной аппаратуры, сквознуюдирективную технологию создания и отработки аппаратуры и программного обеспечения, состав и структуру типовых комплексных идинамических моделирующих стендов, а также кооперацию соразработчиков (информационные датчики, исполнительные органы).В настоящей книге представлены материалы по составу и структуре бортовых систем управления для космических аппаратов различного назначения.

Рассмотрены состав и характеристики датчиковпервичной информации и исполнительных органов. Приведены методы решения основных функциональных задач, в том числе:– ориентация КА по информации от астродатчиков;– управление движением КА;– стабилизация и ориентация КА;– информационное обеспечение КА.Описано взаимодействие БСУ со смежными бортовыми системами и агрегатами, большое внимание уделено телеметрическомуобеспечению космических аппаратов, а также затронуты некоторыеорганизационно-экономические вопросы разработки и производствабортовых систем управления.1112БОРТОВЫЕ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ КОСМИЧЕСКИМИ АППАРАТАМИ1. ПРИНЦИПЫ ПОСТРОЕНИЯ БОРТОВЫХ СИСТЕМУПРАВЛЕНИЯ КОСМИЧЕСКИМИ АППАРАТАМИПо своему функциональному назначению космические аппараты(КА) могут быть разделены на следующие группы:– КА связи;– КА дистанционного зондирования Земли (ДЗЗ);– научные КА.Наряду с функциональным назначением КА важным для разработчика бортовых систем управления (БСУ) являются следующие позиции:– срок активного существования (необходимый ресурс аппаратуры БСУ);– требования по точности ориентации;– степень автономности от наземного комплекса управления(НКУ);– необходимость специальной ориентации КА на Землю для обеспечения устойчивой радиосвязи с наземным комплексом управленияна начальном участке полета;– исполнительные органы систем стабилизации и ориентации;– инерционно-массовые характеристики КА;– условия эксплуатации КА: внешние возмущающие факторы, наличие угловых маневров при целевом применении, допустимость угловых маневров при проведении технологических операций (калибровкакомандных приборов и целевой аппаратуры), высота орбиты и др.1.1.

Типовые схемы выведениякосмических аппаратов на орбитуДля указанных групп КА существуют различные типы целевыхорбит. Так, КА связи выводятся на геостационарную орбиту (ГСО),которая является частным случаем круговой. КА ДЗЗ, как правило,работают на низких круговых орбитах. КА научного назначения, в зависимости от решаемых задач, могут иметь разнообразные гиперболические, параболические, эллиптические и круговые орбиты.ПРИНЦИПЫ ПОСТРОЕНИЯБОРТОВЫХ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ КОСМИЧЕСКИМИ АППАРАТАМИКраткие сведения о параметрах и характеристиках наиболее часто используемых орбит приведены в приложении I.При выведении КА на целевую орбиту с помощью разгонногоблока (РБ) «Бриз-М» полет состоит из следующих участков:– выведение на опорную орбиту;– полет по опорной орбите;– выведение на промежуточную орбиту;– полет по промежуточной орбите;– выведение на переходную орбиту;– полет по переходной орбите;– выведение на целевую орбиту;– полет по целевой орбите.Опорная орбита формируется в результате работы трех ступенейракеты-носителя – РН (прямое выведение) или в результате работытрех ступеней РН и первого включения маршевого двигателя (МД)разгонного блока (выведение с доразгоном).Рис.

1.1 Типовая схема полета при выведении ОБ на опорную орбиту1314БОРТОВЫЕ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ КОСМИЧЕСКИМИ АППАРАТАМИПри полете с доразгоном РН выводит орбитальный блок (ОБ) набаллистическую траекторию, высота которой в апогее близка высотеопорной круговой орбиты, а высота в перигее имеет отрицательноезначение. Типовая схема полета при выведении ОБ на опорную орбиту с доразгоном показана на рис. 1.1.Выведение КА на целевую орбиту осуществляется с использованием 7- или 9-часового перелета. Использование 9-часового перелетапозволяет значительно увеличить массу полезной нагрузки на разгонных блоках с относительно небольшой тягой МД за счет сокращениягравитационных потерь.На рис.