Бровкин А.Г., Бурдыгов Б.Г., Гордийко С.В. Бортовые системы управления космическими аппаратами (2010), страница 4

1.4 Структурная схема БCУ КА «Монитор-Э»ШШШ2-1ШБОРТОВЫЕ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ КОСМИЧЕСКИМИ АППАРАТАМИ22ШШШ12ШБОРТОВЫХ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ КОСМИЧЕСКИМИ АППАРАТАМИ23Рис. 1.5 Структурная схема БCУ КА «KазСат»ПРИНЦИПЫ ПОСТРОЕНИЯ2ШШШРис. 1.6 Структурная схема БCУ КА «Экспресс-МД1»Ш124БОРТОВЫЕ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ КОСМИЧЕСКИМИ АППАРАТАМИШШШШБОРТОВЫХ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ КОСМИЧЕСКИМИ АППАРАТАМИ25Рис. 1.7 Структурная схема БCУ КА «Электро-Л»ПРИНЦИПЫ ПОСТРОЕНИЯРис.

1.8 Структурная схема БCУ КА «Спектр-Р»ШШШШБОРТОВЫЕ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ КОСМИЧЕСКИМИ АППАРАТАМИ26ПРИНЦИПЫ ПОСТРОЕНИЯБОРТОВЫХ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ КОСМИЧЕСКИМИ АППАРАТАМИ1.3. Основные технические решения при разработкебортовой системы управленияК основным техническим решениям, обеспечивающим требуемыехарактеристики и качество функционирования систем управления(CУ) разработки МОКБ «Марс», следует отнести:1.

Применение высоконадежных интерфейсов, основанных натрех базовых принципах: последовательной передаче данных (минимизация массово-габаритных характеристик); биполярного и/или фазоманипулированного кодирования; асинхронного обмена с использованием информационной обратной связи. Примером такого интерфейса является магистральный последовательный интерфейс по ГОСТР 52070-2003.

Он предполагает широкие возможности по реконфигурации программно-аппаратных средств CУ, надежен по характеристикам количества сбоев в процессе эксплуатации вследствиеприменения биполярного кодирования.2. Применение отработанной и прошедшей летные испытания высоконадежной электронной компонентной базы, которая по вычислительным ресурсам (быстродействие, объем запоминающего устройства) реализует требования по решению функциональных задач, определяемых в техническом задании (ТЗ) на систему управления КА.3.

Организация внутреннего взаимодействия между подсистемамиБCУ и БCУ со смежными системами с использованием трехуровневой иерархической структуры:– цифровой обмен по МКО по ГОСТ Р 52070-2003;– цифровой обмен по параллельному интерфейсу между блоками силовой автоматики;– обмен аналоговыми командами/сигналами между исполнительными платами (ИП) БСА и подсистемами БСУ и КА в соответствии с Протоколами обмена.4. Применение гибкой системы резервирования:– датчики первичной информации дублированы или имеютвнутреннее резервирование, блоки электроники КУДМ дублированы;2728БОРТОВЫЕ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ КОСМИЧЕСКИМИ АППАРАТАМИ– аппаратные средства исполнительных плат БСА дублированы,если сопрягаемая с ними аппаратура по входу/выходу дублирована,или троированы по схеме «канал в канал» с мажоритированием навходе приемника команд/сигналов в случае, если сопрягаемая аппаратура троирована по входу/выходу;– в состав ИСУ входят три взаимозаменяемых АД;– аппаратные средства БЦВС и БСА имеют четырехкратное резервирование с одной гранью в холодном резерве для обеспечения живучести КА в условиях радиационного воздействия;– применены четыре комплекта двигателей-маховиков в составеКУДМ, устанавливаемых на КА по схеме «пирамида» (для тяжелыхКА их количество может быть удвоено).5.

Применение пакетной конструкции БЦВС и БСА с использованием пружинных контактов, что позволяет при характеристиках быстродействия и объема 3У, близких к зарубежным аналогам, получитьтакже малые габариты и массу.6. С целью повышения надежности в МОКБ «Марс» применяетсяапробированная со времен создания орбитального корабля «Буран»технология отработки и сдачи системы управления. Эта технологияпредполагает значительный объем работ в процессе математического,полунатурного моделирования, электрических проверок на различныхрабочих местах и стендах, чем обеспечивается высокая степеньотработки аппаратуры и программного обеспечения БCУ во взаимодействии.7. Программное обеспечение (ПО) БCУ помимо реализации автоматического парирования отказных ситуаций предполагает широкийспектр возможностей реконфигурации аппаратных и программныхсредств с использованием командно-программной информации (КПИ)из НКУ, чем достигается рациональное распределение функций междубортовыми и наземными средствами.8.

Программное обеспечение БCУ имеет иерархическую модульную структуру, разрабатывается на языке высокого уровня «С». Процесссоздания ПО предполагает многоуровневую процедуру разработки,ПРИНЦИПЫ ПОСТРОЕНИЯБОРТОВЫХ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ КОСМИЧЕСКИМИ АППАРАТАМИнаписания и отладки с использованием эмуляторов аппаратных средствБЦВС и БСА, что позволяет в значительной мере сократить сроки отладки и отработки ПО во взаимодействии с реальной аппаратурой.1.4. Базовые составные части бортовой системы управленияБазовой для всех БСУ, разрабатываемых МОКБ «Марс» для различных КА, является бортовая цифровая вычислительная система«Марс-4», представляющая собой четырехгранную БЦВМ, где вычислительным и информационным ядром каждой грани служит двухпроцессорный комплекс «центральный процессор (ЦПР) – процессорввода/вывода (ПВВ)».

ПВВ каждой грани связан с резервированнымМКО, к которому подсоединены оконечные устройства – источникивходной и потребители выходной информации бортовой цифровой вычислительной машины. Между гранями существует канал обмена информацией, используемый системой контроля и диагностики исистемой восстановления сбойной информации. Четырехкратно резервированный формирователь рабочего цикла обеспечивает синхронизацию выполнения рабочих программ в цикле. Одна из гранейнаходится в холодном резерве. Реконфигурация БЦВС при отказеодной из рабочих граней обеспечивается алгоритмами системы контроля и диагностики (СКД), в основе которых приняты межгранныйобмен, программная мажоритарная обработка информации, алгоритмвыбора контроллера шины МКО и логика вывода в резерв отказавшейграни и ввода в действие грани из резерва, если он не исчерпан.

Вычислительные ресурсы БЦВС «Марс-4» обеспечивают решение всехизвестных на сегодняшний день функциональных задач БСУ с определенным технологическим запасом по памяти и быстродействию.Структура БЦВС представлена на рис. 1.9, унифицированнаяструктура реконфигурации при последовательных отказах граней – нарис. 1.10.Блоки силовой автоматики предназначены для организации внутреннего взаимодействия БЦВС с подсистемами БСУ и смежными системами, имеющими аналоговый вход (выход).

В большинстве случаев29БОРТОВЫЕ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ КОСМИЧЕСКИМИ АППАРАТАМИ30...Рис. 1.9 Структура БЦВСПРИНЦИПЫ ПОСТРОЕНИЯБОРТОВЫХ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ КОСМИЧЕСКИМИ АППАРАТАМИРис. 1.10 Унифицированная структура реконфигурациипри последовательных отказах граней3132БОРТОВЫЕ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ КОСМИЧЕСКИМИ АППАРАТАМИБСА осуществляют включение реле, нагревателей, электроклапанов идругих подобных устройств. В отдельных случаях БСА преобразовывают аналоговую информацию датчиков в цифровой вид, удобный дляиспользования в БЦВС при выполнении логических и вычислительных функций в соответствии с заложенными алгоритмами.БСА должны удовлетворять следующим требованиям:– иметь высокую надежность и отказоустойчивость в течениесрока активного существования КА;– быть устойчивыми к сбоям при воздействии космического излучения и других дестабилизирующих факторов и иметь механизмывосстановления информации при сбоях;– иметь минимальные массогабаритные и энергетические характеристики;– обеспечивать возможность унификации для применения вБСУ КА различного назначения и дальнейшего развития и модернизации без коренной переделки аппаратуры.Все разрабатываемые в МОКБ «Марс» БСА имеют в своем составе вычислительное ядро (четырехкратно резервированные вычислители) и резервированный комплект исполнительных плат.

Вкосмическом аппарате «Монитор-Э » все функции БСА сконцентрированы в едином коммутационно-преобразующем устройстве (КПУ).В последующих разработках сформировался унифицированный подход к БСА как к иерархической структуре, включающей блок управления и контроля (вычислительное ядро, часть исполнительных плат)и блоков-сателлитов БУ (исполнительные платы, конструктивно объединенные в соответствии с функционально-целевым назначением).Принципы построения и архитектура БСА разработки МОКБ«Марс» показаны на рис.

1.11.Взаимодействие БСУ с конкретным абонентом – смежной системой – должно быть зафиксировано «Протоколом», отражающим электрические характеристики абонента, а при необходимости – особенности его функционирования, а также порядок контроля на местах эксплуатации. Типовой «Протокол» должен содержать:ПРИНЦИПЫ ПОСТРОЕНИЯБОРТОВЫХ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ КОСМИЧЕСКИМИ АППАРАТАМИРис. 1.11 Принцип построения и архитектураблоков силовой автоматики3334БОРТОВЫЕ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ КОСМИЧЕСКИМИ АППАРАТАМИ– основные положения;– принятые сокращения;– состав аппаратуры абонента;– перечень команд управления, их характеристики;– перечень выходных сигналов абонента, их характеристики;– схемы электрические входных/выходных каскадов как БСА,так и абонента;– роспись контактов всех разъемов абонента, схему подключения электрических кабелей к абоненту при штатной работе;– схему организации питания абонента;– требования по организации контроля электрических параметров сигналов на местах эксплуатации, включающие в себя как требования по предельному количеству включений, так и по максимальному уровню сигналов;– при наличии стандартизованных связей с абонентом должныбыть указаны ссылки на конкретные номера рисунков и схем ГОСТ.Состав информационных датчиков для КА определяется исходяиз следующих положений:1.

В рабочем режиме определение ориентации связанной системыкоординат (ССК) КА в орбитальной системе координат (ОСК) осуществляется за счет определения ориентации ССК в инерциальной системе координат (ИСК) (путем интегрирования выходных сигналовГИВУС с периодической коррекцией и калибровкой инструментальных погрешностей ГИВУС по данным АД) и расчета текущей ориентации ОСК относительно ИСК.2.