Микрин Е.А., Михайлов М.В. Ориентация, выведение, сближение и спуск КА по измерениям от ГНСС (2017) (1246989), страница 57
Текст из файла (страница 57)
Задачии состав АСН при управлении движением КАПри использовании АСН в качестве средства управления движением КАвозникает проблема достаточности вычислительных ресурсов навигационного процессора АСН. Кроме решения большого количества навигационныхзадач необходимо принимать и обрабатывать командную информацию с Земли через командную радиолинию (КРЛ), формировать управление исполнительными органами (СКД, ДПО), принимать и обрабатывать навигационнуюинформацию от АСН МКС через межбортовую радиолинию (МБР Л), передавать цифровую телеметрическую информацию на Землю через бортовую измерительную телеметрическую систему (БИТС). При этом, как правило, задачи управления в ЦВМ решаются со значительно более высокой тактовойчастотой по сравнению с частотой формирования навигационной информации в АСН. Например, на КА «Союз» и «Прогресс», на МКС частота обновления информации АСН составляетГц, тогда как частота обновления1управляющей информации ЦВМ на этих изделияхтакт, равный200 мс,-5Гц.
Переход АСН напотребовал бы перестройки навигационного процессора,что означало бы разработку новой системы АСН. Поэтому в настоящей главерассматривается возможность реализации всех задач управления движениемКА с частотой1Гц, так как только в этом случае вычислительных ресурсовпроцессора АСН оказывается достаточно для одновременного решения задачи навигации и управления.Возможность использования АСН для решения задач управления КАможет рассматриваться без привязки к конкретному изделию.
Однако, помнению авторов, сравнение рассматриваемой системы управления движением КА на базе АСН с классической, реализованной, например, на кораблях«Прогресс», позволит более детально понять особенности методов управления движением по информации, формируемой АСН, а также оценить преимуществаинедостаткиосновногоирезервногоконтуровуправленияпосвоим функциональным возможностям, точностным, массовым и энергетическим характеристикам.На рис.7.1показана упрощенная структурная схема СУДИ корабля«Прогресс», центральным элементом которой является ЦВМ с тремя резервными копиями, связанная со своими абонентами по интерфейсу MIL-1553.Некоторые приборы, входящие в СУДИ, связаны с ЦВМ непосредственно через интерфейсMIL-1553.К таким приборам относится дублированная АСН, определяющая навигационные параметры КА.
Остальные измерительные приборы СУДИ и исполнительные органы связаны с ЦВМ черезпромежуточныеблокиустройствсогласованияБУС-1иБУС-2,7.1. Задачи и состав А СН при управлении дви:жением КАцвмБИТСАСНБУС-1БУС-2КРЛБСУБИЛУскдРис.7.1. Упрощенная317«Курс»иквдпоструктурная схема СУДИ КА «Прогресс»преобразующие интерфейсMIL-1553в уникальные интерфейсы отдельныхприборов и систем. Через блоки согласующих устройств БУС-1 и БУС-2ЦВМ обеспечивает управление соответствующими абонентами и принимаетот них измерительную и командную информацию.К измерительным приборам относятся:БИЛУ -шестирированный блок интегрирования линейных ускорений;БДУСтроированный блок датчиков угловой скорости;-ИКВ - дублированная инфракрасная вертикаль.Блок интегрирования линейных ускорений включает в себя шесть маятниковых акселерометров, оси чувствительности которых равномерно распределены по образующей конуса с углом полураствора54,7°,и предназначендля измерения проекций вектора кажущегося ускорения КА на соответствующие оси чувствительности акселерометра.
БИЛУ сохраняет работоспособность при отказе трех акселерометров из шести .Блок датчиков угловой скорости состоит из трех блоков ДУС, каждый изкоторых содержит три механических датчика угловой скорости со взаимноперпендикулярными осями, установленными по осям Х, У,ZКА. Каждый издатчиков определяет проекцию вектора абсолютной угловой скорости КА наось чувствительности датчика.Инфракрасная вертикаль включает два датчика инфракрасной вертикали,каждый из которых определяет два угла отклонений ((j)x, {j)z) оси У КА отнаправления на центр Земли.К исполнительным органам СУДН относятся:СКД ДПО-сближающий, корректирующий двигатель;двигатель причаливания и ориентации.Глава3187.Управление движением КА средствами АСНДвигатель сближения представляет собой двухкомпонентный реактивный двигатель с вытеснительной подачей топлива, тягойтягой-300-300кг, удельнойс.
Для обеспечения угловой стабилизации изделия двигательустановлен в кардановый подвес с углами прокачки±5°вокруг осей У,Zизделия.Двигатель причаливания включает в себя дублированную систему ДПО-1,14 двухкомпонентных реак1О кг, удельной тягой -290 с, жестко установленныхДПО-2, в состав каждой из которых входит потивных двигателей тягойна изделии. В определенных комбинациях работы двигатели создают моменты Мх,az дляMr, Mz дляуправления ориентацией и управляющие ускорения ах, ау,управления перемещениями КА. Максимальная тяга по одной оси составляет40 кг.Управление работой С:КД осуществляет ЦВМ через БУС-1 и БСУ. ЦВМвыдает команды на включение и выключение СКД, а также задает углы поворота двигателяq>y и q>z.Кодовые значения углов поворота, сформированные вЦВМ в соответствии с алгоритмами угловой стабилизации КА при работеС:КД, по интерфейсуMIL-1553передаются в БУС-1 и БСУ, где преобразуются в требуемые углы поворота приводов качания С:КД. В соответствии с этими требуемыми углами приводы качания С:КД реализуют реальный поворотдвигателя на заданные углы.Управление работой ДПО также осуществляет ЦВМ, формирующая значения требуемых управляющих линейных ускорений КА и требуемых управляющих моментов в изделиях, которые через БУС-1 поступают в ДПО, где всоответствии с компоновкой двигателей на изделии преобразуются в команды на включение и выключение соответствующих двигателей.Кроме связей с измерительными приборами и исполнительными органами ЦВМ КА имеет интерфейсные связи с рядом систем КА:командной радиолинией;системой сближения «Курс»;бортовой измерительной телеметрической системой;межбортовой радиолинией.Командная радиолиния обеспечивает управление ЦВМ путем выдачи сЗемли командной и кодовой информации.
Командная информация, переданная с Земли, в БУС-2 преобразуется в цифровую информацию, которая поинтерфейсуMIL-1553передается в ЦВМ. Система сближения «Курс» осуществляет ближнее сближение КА с МКС. По интерфейсуMIL-1553ЦВМобеспечивает управление системой и получает от нее измерительную информацию. БИТС предназначена для передачи кодовой телеметрической информации от ЦВМ на Землю. МБР Л передает в ЦВМ информацию, формируемую АСН-МКС при реализации ближнего сближения по измерениям АСН.Рассмотрим работу СУДН на участке траектории от выведения на низкую орбиту до сближения с МКС. Включение системы осуществляется послекоманды отделения КА от 3-й ступени носителя.
Обычно орбита выведения7.1.Задачи и состав А СН при управлении движением КАимеет высоту перигея-170км, апогея-230319км. При четырехвитковой схемесближения задачей СУДИ является перевод КА на промежуточную орбитуфазирования с последующим переводом в зону прямой видимости системы«Курс» (дальность до МКС-50км). После установления связи между «активным» и «пассивным» КА управление сближением ЦВМ КА осуществляетпо информации от системы «Курс».После отделения от носителя задачей СУДИ является гашение угловойскорости КА, построение сигнала одноосной, а затем трехосной орбитальнойориентации по измерениям ИКВ и ДУС.
Затем с помощью АСИ осуществляется определение орбиты КА, а с Земли в ЦВМ передаются параметры орбитыМКС. По этим данным ЦВМ рассчитьmает корректирующие импульсы СКДдля перевода КА в зону ближнего сближения. Расчет импульсов заключается вопределении их значения, направления и момента включения двигателя.
Задачауправления СУДИ для реализации корректирующего импульса заключается впостроении требуемой ориентации КА к моменту включения двигателя, запуске СКД, стабилизации КА в ИСК или в ОСК, выключении двигателя после реализации заданного импульса, приведении КА к трехосной ориентации относительно АСИ. Построение требуемой ориентации из ОСК осуществляется поизмерениям ДУС с помощью ДПО. После включения СКД проводится стабилизация КА в требуемой системе координат также по измерениям ДУС.Исполнительными органами по каналам тангажа и рыскания являютсяприводы качания СКД, а по каналу крена-соответствующие двигателиДПО. Управляющие сигналы на исполнительные органы формируются поизмерениям ДУС.
Текущее значение импульса измеряется акселерометрамиБИЛУ. По достижении заданного импульса коррекции ЦВМ выключает СКДи переходит к стабилизации на ДУС. После прекращения работы СКД выполняется разворот КА в ОСК по измерениям ДУС с помощью ДПО. ВОСКосуществляется коррекция БИНС по измерениям ИКВ. Далее рассчитываются и аналогичным образом исполняются еще три корректирующих импульса,обеспечивающих приведение КА в зону прямой видимости системы «Курс»(на дальность до-300 км).В зоне прямой видимости системы «Курс» выполняются измерения псевдодальности и псевдоскорости, передаваемые в ЦВМ, которая по этим измерениям определяет относительные параметры движения КА и МКС и параметры корректирующих импульсов, обеспечивающих приведение КА в зонупричаливания(300 ...
500м относительно МКС). В зоне причаливания система «Курс» определяет параметры линейного и углового относительного движения, по которым ЦВМ формирует управляющие воздействия на ДПО,обеспечивающие так называемое параллельное сближение КА с МКС до касания и стыковки.Рассмотрим каким образом перечисленные задачи могут быть решены вслучае отказа ЦВМ и подключения АСИ в качестве контроллера, управляющего абонентами СУДИ. При этом будем рассматривать возможность решения всех задач управления по измерениям, формируемым только АСИ, имеяГлава3207.Управление движением КА средствами АСНв виду использование АСН не только в качестве резервного контура на случай отказа ЦВМ, но и в качестве самостоятельной системы управления,например, малого спутника. В этом случае отказ от всей традиционной датчиковой аппаратуры СУДН существенно снижает ее массу, габариты и стоимость.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
