Глава 11. УПРАВЛЕНИЕ ПОЛЕТОМ КОСМИЧЕСКИХ АППАРАТОВ

11.1. ОРГАНИЗАЦИЯ УПРАВЛЕНИЯ

Полет - это завершающая стадия создания КА. Различные задачи полета существенно влияют на организацию управления полетом. Как правило, в испытательном полете участвует большое количество специалистов - создателей систем и конструкции КА, в процессе такого полета происходит отладка и проверка наземных средств математического обеспечения и организационной структуры наземных служб. Полет отработанного, серийного КА обеспечивается специализированными службами управления с привлечением специалистов по КА только на самых ответственных участках полета.

С рабочей орбитой КА связана длительность наблюдения его из одного наземного пункта. Низкоорбитальные КА находятся в зоне прямой видимости наземного пункта всего несколько минут (например, станция «Салют-6» 5 - 8 мин), поэтому для обеспечения достаточного времени связи с КА необходима целая сеть наземных пунктов или связь через спутники-ретрансляторы.

Высокоорбитальные КА, а также КА, летящие к другим планетам, находятся в зоне прямой видимости наземного пункта в течение нескольких часов, однако для связи с межпланетными КА нужны более мощные наземные средства (большие диаметры антенн, передатчики большей мощности и т. п.) по сравнению со средствами связи низкоорбитальных КА.

Управление космическим комплексом усложняется с увеличением числа входящих в него КА с точки зрения координирования работы наземных средств с программой работы каждого КА. Наиболее сложным и ответственным является управление полетом пилотируемого космического комплекса в связи с дополнительными задачами взаимодействия Земли и экипажей и обеспечения безопасности полета.

Программа полета - это план работы КА, экипажей (если полет пилотируемый) и наземных средств, взаимодействующих с КА.

Общий план полета разбивают на участки, характерные выполнением определенных промежуточных задач полета. Например, весь полет орбитальной станции «Салют» разбит на участки выведения и орбитального полета, а последний, в свою очередь, - на экспедиции, причем каждая экспедиция, решая свою задачу, имеет вполне определенную последовательность полетных операций:

выведение транспортного корабля (ТК) с экипажем;

сближение и стыковка ТК со станцией;

переход экипажа из ТК в станцию;

проведение заданной программы исследований и экспериментов в процессе полета экспедиции на станции;

расстыковка ТК и станции;

спуск и посадка спускаемого аппарата ТК с экипажем и возвращаемыми грузами.

Программа реализации полетной операции - это временная циклограмма работы систем КА, экипажа и основных средств, участвующих в управлении полетом, с указанием информационного обмена между КА и Землей. Программа реализации полетной операции служит основой для разработки программы управления бортовыми системами и наземными средствами, участвующими в управлении полетом.

Для пилотируемого КА программу реализации разрабатывают с учетом суточного расписания деятельности экипажа.

При разработке программы полета рассчитывают не только основные (штатные) варианты программы реализации, но и варианты изменения полета при отклонениях в режимах работы КА или отдельных отказах приборов и агрегатов.

На основании программы полета уточняют состав средств, привлекаемых к управлению полетом, составляют планы их работы, которые увязывают с программами полета других КА.

Службы и средства, обеспечивающие управление полетом КА, решают такие основные задачи, как:

реализация программы полета КА для достижения целей полета;

обеспечение безопасности экипажа и сохранности (живучести) КА;

выход из нештатных ситуаций и нейтрализация их последствий.

Управление полетом - это непрерывный процесс, в котором можно выделить следующие его составляющие:

долгосрочное планирование - долгосрочный план текущего участка полета;

текущее планирование - разработка программы на сутки или несколько ближайших суток;

реализация текущей полетной операции - собственно управление полетом;

контроль выполнения полетной операции и состояния КА;

обработка научной информации, поступающей с КА, и передача ее потребителям;

корректирование программы с учетом достигнутых результатов.

Реализация полетных операций - это отработка системами КА заданной последовательности управляющих воздействий, в соответствии с которыми КА выполняет маневры, изменяет свою ориентацию в пространстве, включает и выключает служебную и исследовательскую аппаратуру и т. п.

Различают три способа реализации полетных операций:

программный, когда программа выполнения операции, содержащая последовательность управляющих воздействий, заранее закладывается в бортовые цифровые вычислительные машины (БЦВМ) или формируется ими и отрабатывается без вмешательства с Земли;

дистанционный, при котором все управляющие воздействия передаются на борт КА с Земли;

смешанный, когда часть управляющих воздействий передается с Земли, а часть формируется бортовыми системами и экипажем.

Последний способ получил наибольшее применение.

Контроль и анализ выполнения полетных операций и функционирования КА включает контроль прохождения управляющих воздействий, хода типовых режимов работы, энергетических, ресурсных и других характеристик КА, запасов расходуемых веществ и материалов, анализ функционирования систем и диагностику отказов в системах, прогнозирование работоспособности систем КА.

Контроль КА проводится Землей в основном по данным телеметрической информации, поступающей с КА в процессе выполнения полетных операций, а также по информации экипажа.

Основной метод контроля - сравнение фактических значений параметров с их ожидаемыми значениями, получаемыми расчетным путем или моделированием.

Анализ функционирования систем направлен на определение причин, вызвавших ненормальное выполнение заданных режимов и локализацию отказавшего элемента или блока. На основе статистической обработки уточняются динамические характеристики КА (моменты инерции, масса, углы перекоса эллипсоида инерции и др.) и ресурсные характеристики всех систем КА, используемые для прогноза их работоспособности и выдачи рекомендаций по переключению или замене блоков. Результаты анализа и прогноза работоспособности используют при разработке программы полета для следующих суток полета.

Предварительная обработка и анализ результатов научных исследований требуются для оперативной корректировки программы полета с учетом фактического функционирования исследовательской аппаратуры, достаточности и достоверности результатов исследований и экспериментов.

Работа научной аппаратуры оценивается методом сравнения текущих параметров (в том числе и измерительной информации) с расчетными или предварительно полученными на модели.

В настоящее время процесс управления полетом имеет высокую степень автоматизации, причем сохраняется тенденция к ее дальнейшему увеличению.

Автоматизация планирования позволяет оптимизировать программу полета КА на каждом этапе ее разработки, повысить оперативность планирования и сократить численность персонала управления, занятого планированием.

Автоматизация процесса реализации полетных операций повышает надежность их выполнения за счет алгоритмического и аппаратурного резервирования с автоматическим переходом на резерв.

Автоматизация контроля и анализа работы систем КА увеличивает надежность КА за счет расширения числа оперативно контролируемых параметров, сокращает время анализа и время выхода из нештатных ситуаций.

Автоматизация обработки и анализа научной информации ускоряет выработку оптимальных рекомендаций по изменению программы исследований и программы полета, что улучшает показатели эффективности КА.

В дальнейшем предполагается, что все функции управления будут переданы комплексу ЭВМ, а за персоналом управления будут оставлены определение целей и задач и принятие решений в случае нештатных ситуаций, а также контроль за работой ЭВМ.