11.4. НАЗЕМНЫЙ КОМПЛЕКС УПРАВЛЕНИЯ [1983 -

Наземный комплекс управления представляет собой систему (рис. 11.1) служб и средств, обладающую наиболее сложной в мире системой связи, включающей кабельные, радиорелейные и спутниковые каналы, большая часть которых арендуется у государственных и коммерческих организаций. Средства НКУ обслуживает персонал, численностью до тысячи человек. К НКУ как к системе предъявляют чрезвычайно высокие требования по быстродействию и надежности, что обусловливает введение автоматизации ее управления на всех уровнях. Поступление с современных КА больших потоков информации (10 - 100 Мбит/с) требует включения в состав НКУ широкополосных каналов связи и быстродействующих ЭВМ для обработки этих потоков информации и объединения всех ЭВМ в единую вычислительную сеть с обеспечением межмашинного обмена.

Рис. 11.1. Функциональная схема НКУ: 1 - спутник-ретранслятор для связи с КА; 2 - каналы связи «спутник-ретранслятор _ КА»; 3 - каналы связи «спутник-ретранслятор - станция спутниковой связи»; 4 - обслуживаемый КА; 5 - каналы связи «КА - наземная станция слежения»; 6 - спутник-ретранслятор для связи ЦУП со станциями слежения; 7 - каналы связи «станции слежения - спутник-ретранслятор»; 8 - пункт спутниковой связи для управления КА; 9 - наземные станции слежения; 10 - наземные каналы связи НКУ: 11- корабельная станция слежения; 12 - пункт спутниковой связи для связи с наземными и корабельными станциями слежения; 13 - космодром запуска КА; 14 - центр управления полетом (ЦУП); 15 - комплексный моделирующий стенд; 16 - электрический аналог КА (комплексный стенд); 17 - центры обработки научной информации; 18 -вспомогательные службы управления полетом

Центр управления полетом

Центр управления полетом (ЦУП) предназначен для оперативного управления полетом отдельных КА или их комплексов, сбора, обработки, хранения и документирования информации о функционировании КА, координирования всех средств НКУ и обмена информацией с ними, а также для обеспечения работы персонала управления.

Центр управления полетом - центральное звено НКУ, оснащенное различными средствами автоматизированного управления полетом КА и работой НКУ, в состав которых входят информационно-вычислительный комплекс (ИВК), средства внешней и внутренней связи ЦУП, средства отображения и документирования.

Информационно-вычислительный комплекс (ИВК) выполняет:

автоматизированное планиров-ание оперативной программы полета КА;

автоматическую (в реальном времени) обработку ТМ информации и ее автоматизированный анализ;

хранение и документирование информации о полете;

выдачу информации персоналу управления на индивидуальные и коллективные средства отображения;

предварительную обработку и распределение между Центрами обработки научной информации (ЦОНИ) научной информации, поступающей с КА;

управление средствами связи НКУ (если в составе НКУ нет отдельного центра управления связью).

Информационно-вычислительный комплекс строится на базе однотипных быстродействующих универсальных ЭВМ, осуществляющих основные вычислительные функции, и мини-ЭВМ, выполняющих вспомогательные функции предварительной обработки данных и связывающих универсальные ЭВМ с устройствами ввода-вывода. Такое построение обеспечивает высокую эффективность и высокую надежность ИВК за счет дублирования однотипных ЭВМ. Для связи персонала управления с ИВК. широко используются дисплеи отображения оперативной информации.

В ИВК вычислительные процессы и обработка информации организуются таким образом, чтобы при любых отказах в ЭВМ или периферийной аппаратуре процесс управления КА не прерывался и обеспечивалась сохранность информации.

Информационно-вычислительный комплекс используют при составлении планов полета и при формировании последовательности управляющих воздействий. Для проверки правильности и непротиворечивости сформированных воздействий и проверки реакции систем КА на эти воздействия служат моделирующие стенды и комплексный стенд КА.

Моделирующие стенды состоят из ЭВМ с набором программ, имитирующих работу КА, а также отдельных реальных приборов, работу которых сложно или невыгодно моделировать на ЭВМ. Моделирующие стенды имитируют работу систем КА с некоторым отличием от реальности и используются в основном для предварительной отработки методик полетных операций, а также тренировок экипажей и персонала управления.

Для более точной имитации работы КА служит комплексный стенд - электрический аналог КА, на который подаются управляющие воздействия, причем реакции комплексного стенда на аналогичные управляющие воздействия адекватны реакции КА в полете. Кроме управляющих воздействий на тренажных средствах отрабатываются операции по обслуживанию и ремонту.

Центр управления полетом имеет свой узел связи, объединяющий внешние и внутреннюю сети связи ЦУП. Внешние связи ЦУП обеспечивают телефонную связь, прием и передачу цифровой информации, телетайпную и фототелеграфную связь, прием и передачу телевизионной информации. Специальные широкополосные линии связи соединяют ЦУП с предприятиями-разработчиками КА, где установлены моделирующие стенды и тренажеры. Внутренняя связь ЦУП обеспечивает оперативное взаимодействие персонала управления между собой и с обслуживающим персоналом других служб ЦУП и имеет несколько обособленных сетей (оперативную громкоговорящую связь, циркуляры групп поддержки и прямые некоммутируемые служебные связи). Все рабочие места специалистов оснащены переговорными устройствами, дающими возможность подключения к любой из обособленных сетей внутренней связи.

Средства отображения ЦУП служат для наглядного отображения всей необходимой для управления полетом информации и включают:

оконечные устройства отображения коллективного пользования (просветные и проекционные экраны, проекторы, проекционные черно-белые и цветные телевизоры, алфавитно-цифровые табло, блоки индикации времени и т. п.);

устройства отображения индивидуального пользования (телевизионные видеоконтрольные устройства, дисплеи ИВК, устройства выбора информации);

аппаратуру преобразования, коммутации и управления средствами отображения,

Проекторы предназначены для отображения карт, таблиц, рисунков, мнемосхем, графиков и позволяют высвечивать статическую и динамическую информацию в виде движущихся точек»

стрелок И символов, проекционные телевизоры позволяют выводить информацию на экраны площадью в десятки квадратных метров, а световые табло - выводить на них любую алфавитно-цифровую информацию.

В состав оборудования ЦУП входит аппаратура формирования единого времени, предназначенная для формирования и хранения местной шкалы времени, привязки ее к центральному эталону частоты и времени, формирования и выдачи на ЭВМ шкал, кодов и сигналов времени, а также для привязки бортового времени КА.

Средства документирования ЦУП используются для получения необходимого количества документов по оперативной программе и о ходе полета и состоят из различных алфавитно-цифровых печатающих устройств, графопостроителей и множительных аппаратов.

Для оперативного управления полетом в ЦУП оборудованы главный и несколько вспомогательных залов управления, причем из главного зала ведется управление комплексами КА, а из вспомогательных залов - управление отдельными КА на участках их автономного полета.

Главный зал управления имеет большое количество различных коллективных средств отображения и пультов руководителей полета, ведущих специалистов по отдельным системам КА, специалистов по управлению НКУ и операторов связи с экипажем. Все пульты имеют средства внутренней и внешней связи ЦУП, цветные телевизионные экраны, дисплеи ИВК и телевизионные экраны с повышенным разрешением для отображения полетной документации.

Вспомогательные залы оборудованы аналогичным образом, но имеют меньшие размеры и меньшее количество средств коллективного отображения. Кроме залов управления в ЦУП имеются специально оборудованные помещения для групп поддержки, которые с помощью установленных пультов взаимодействуют с ИВК и персоналом управления главного и вспомогательных залов.

Персонал управления - это оперативная группа специалистов по управлению полетом, системам КА и научным исследованиям.

Персонал управления состоит из главной группы управления в ЦУП и региональных групп на станциях слежения.

Главная группа управления включает несколько специализированных по функциональному назначению групп (планирования, реализации программы, анализа функционирования КА, баллистическую, обеспечения научных исследований, связи с экипажем, медицинского контроля, управления средствами НКУ и т. д.), разделенных для круглосуточного управления полетом на смены, работающие с некоторым перекрытием.

В настоящее время наблюдается тенденция сокращения численности персонала управления и передачи большей части его функций вычислительным средствам ЦУП и КА.

Наряду с ЦУП одним из основных элементов НКУ является сеть стационарных и подвижных станций слежения, которая должна обеспечивать:

наиболее возможное перекрытие зонами видимости станций слежения трассы полета КА или максимально возможное время связи с КА у других планет Солнечной системы;

возможность использования методов триангуляции и интерферометрии для контроля орбиты КА;

удаленность от больших населенных пунктов для снижения помех приему и неблагоприятного воздействия мощных радиопередатчиков на население;

Станции слежения (СС) предназначены для передачи командной, телефонной (ТЛФ), телевизионной (ТВ), уставочной и программной информации на КА; приема с КА ТМ, ТЛФ, ТВ и другой инфоpмaции, передаваемой по радио- и оптическим каналам связи; предварительной обработки информации, поступившей с КА, и ее передачи в ЦУП; измерения параметров движения КА (траекторные измерения) и проведения операций сверки времени.

По назначению станции слежения делят на станции связи с околоземными и межпланетными КА. Вторые отличаются от первых большей мощностью передающих устройств, более узконаправленными антеннами и более чувствительной приемной аппаратурой.

В состав НКУ входят две-три станции слежения связи с межпланетными КА, максимально разнесенные по долготе с целью обеспечения большего времени связи и обычно совмещаемые со станциями связи с околоземными КА. Объединение средств связи и измерений в пределах одной станции слежения позволяет получить значительную экономию средств на строительство и обслуживание.

комплекс антенн с устройствами наведения и автосопровождения;

приемопередающая аппаратура ТВ и ТЛФ радиолиний;

вычислительный центр для расчета параметров орбиты КА, ведения прогноза сеансов связи с КА, расчета целеуказаний для наведения антенн и предварительной обработки поступающей с КА информации;

средства связи с ЦУП и другими станциями слежения (ТЛФ, ТВ и широкополосные каналы).

Большинство станций слежения оборудовано аппаратурой связи через спутники-ретрансляторы и специальными антеннами спутниковой связи.

Радиоконтроль орбиты КА проводится путем измерения дальности (Д) по времени прохождения запросного сигнала до КА и обратно с помощью тональных частот или фазовым методом, скорости изменения дальности с помощью эффекта Доплера, углового положения КА по углам поворота остронаправленных антенн, а также положения КА триангуляционным или интерферометри-ческим методом.

Два последних метода требуют участия в радиоконтроле орбиты КА двух или трех станций слежения, разнесенных на сотни и тысячи километров для создания приемлемой базы измерений.

Для снижения ошибок в определении положения КА антенны станций слежения привязываются к геодезической сети с ошибкой не больше нескольких метров.

Для расширения возможностей слежения в НКУ входят подвижные станции слежения на кораблях, автомобильных и железнодорожных платформах и самолетах, используемые в период сложных и ответственных полетных операций, как, например, совместный полет космических кораблей «Союз» и «Аполлон», при котором в дополнение к сети стационарных станции слежения были задействованы три корабельные станции слежения НКУ - «Авангард» (США), «Академик Сергей Королев» и «Космонавт Юрий Гагарин» (СССР), три самолетные станции слежения - две в Южной Африке, одна в Австралии и одна передвижная станция в Ньюфаундленде.

Средства связи НКУ предназначены для объединения всех элементов НКУ в единую информационную сеть и обеспечивают ретрансляцию командной, программной и уставочной информации, а также ТЛФ и ТВ сигналов из ЦУП на станции слежения; ТЛФ, ТВ, ТЛМ информации, получаемой с КА, со станций слежения в ЦУП; информации между ЦУП, моделирующими стендами и центрами обработки научной информации; служебной информации НКУ, необходимой для нормального функционирования контура управления.

Сеть связи НКУ включает управляющий центр, оборудованный специальными ЭВМ, различающими специфические типы информации и автоматически направляющими или переключающими нужную информацию по месту назначения и, кроме того, управляющими резервами сети связи так, чтобы при отказе отдельных каналов потери или задержки информации были минимальными.

Основным, требованием к средствам связи является высокая достоверность передачи информации между элементами НКУ, для чего в процессе передачи командной, программной и уставочной информации из ЦУП на станции слежения происходят ее поразрядное квитирование, проверка контрольной суммы массивов и специальное кодирование.

Высокая надежность передачи информации обеспечивается горячим резервированием каналов связи. Использование спутников-ретрансляторов в составе НКУ позволяет:

снизить эксплуатационные расходы НКУ за счет уменьшения количества наземных, корабельных и самолетных станций слежения;

расширить зоны связи (вместо 10 - 20% на витке до 80 - 85% для околоземных КА), полосы каналов связи и обеспечить многоканальную связь;

обеспечить высокую достоверность передачи сообщений; существенно упростить процесс управления средствами НКУ.

Центры обработки научной информации (ЦОНИ) предназначены для оперативной обработки научной информации, поступающей с КА, принадлежат научным и промышленным организациям, проводящим научные исследования и эксперименты на КА, специализированы по направлениям этих исследований и выполняют:

прием научной информации из ЦУП или непосредственно со станций слежения;

оперативную обработку научной информации и представление ее потребителям;

анализ функционирования научной аппаратуры КА по результатам обработки и выдачу рекомендаций по изменению программы полета КА;

запись научной информации для хранения и последующей обработки.

Центры обработки научной информации - это вычислительные центры, оборудованные универсальными и специализированными ЭВМ, имеющие математическое обеспечение для обработки информации и связанные широкополосными каналами связи с ЦУП и станциями слежения.

Кроме вычислительных средств в состав ЦОНИ входят специализированное оборудование для обработки и интерпретации научной информации (например, интерпретаторы и синтезаторы многозональных космических фотоснимков и телевизионных изображений), а также технологические образцы научной аппаратуры, работающей на КА, для моделирования ее работы на борту, распознавания отказов или сопровождающих экспериментов.

Поисково-спасательный комплекс (ПСК) служит для поиска, обнаружения и доставки космического корабля и экипажа, приземлившихся в запланированном районе (штатный полигон посадки), или после аварийного спуска (резервные или аварийные полигоны посадки).

В состав средств ПСК входят авиационные (самолеты и вертолеты с десантным оборудованием на борту), морские (верт-летоиосцы, морские суда, катера и др.) и сухопутные (вездеходы, амфибии и др.) транспортные средства, а также командный пункт, с которого с помощью телевизионных, телефонных, телеграфных средств связи (в том числе с использованием спутников-ретрансляторов) организуется работа групп ПСК и координируются действия с ЦУП.

Во время пилотируемых полетов средства ПСК развернуты на штатном полигоне посадки и в местах оперативной дислокации и находятся в постоянной готовности.

Вспомогательные службы НКУ

К вспомогательным службам относят: службу радиационной безопасности, метеослужбу и службу Солнца.

Служба радиационной безопасности следит за радиационной обстановкой в районе полета КА, оценивает воздействие радиации на экипаж, приборы и конструкцию КА и выдает рекомендации по дальнейшему полету с учетом прогноза радиационной обстановки.

Метеослужба определяет метеообстановку в районе старта КА и по трассе полета, на участках проведения фотосъемки или других исследований Земли, а также выдает прогноз метеообстановки в районах посадки КА на ближайшие несколько суток.

Служба Солнца прогнозирует активность Солнца, от которой зависят условия прохождения радиоволн, радиационная обстановка на орбите и плотность атмосферы на высотах полета КА.