Файл: Шаталов, В. А. Применение ЭВМ в системе управления космическим аппаратом.pdf

Системы Kfl

и устройств и исполнением команд в интересах управления. Раз­ ный характер этих задач и соответствующих требований к поряд­ ку использования результатов позволяет считать, что контроль должен быть двух видов:

—оперативный, результаты которого используются при управлении;

—неоперативный, результаты которого используются в инте­ ресах испытаний и решения тех задач управления, к которым не предъявляется жестких требований по времени оценки состоя­ ния аппарата.

В техническом плане контроль может быть реализован при помощи автономной системы контроля и телеконтроля.

При автономной системе контроля результат оценки состояния системы КА формируется на борту (рис. 5. 1). При телеконтроле,, блок-схема которого приведена на рис. 5. 2, используется радиотелеметрическая система. Телеконтроль обеспечивает’ решение задач как опративного, так и неоперативного характера. При помощи телеметрической системы может быть обеспечена высо­ кая достоверность контроля. Однако ряд особенностей, специфич­ ных для данного вида контроля, накладывает существенные ограничения на область его применения. К таким особенностям

136

относится то, чго данный вид не может обеспечить непрерывный контроль, так как передача телеметрической информации в наземный центр обработки возможна только при нахождении аппарата в зоне радиовидимости. Основным режимом работы телеметрической системы является режим непосредственной пе­ редачи телеметрической информации, осуществляемый синхронно с поступлением информации с датчиков. Этот режим дает пред­ ставление о поведении систем в моменты передачи информации.. Таким образом, этот режим можно использовать только в зоне радиовидимости объекта. В связи с тем что с борта КА пере­ дается очень большой объем информации, энергетические затра­ ты на передачу данных настолько существенны, что этот режим может использоваться лишь в отдельные моменты времени. Для того чтобы иметь возможность получать информацию о поведе­ нии объекта в любые интересующие моменты времени, на борту КА необходимо иметь запоминающее устройство. В этом случае

в зону радиовидимости записанная информация передается на Землю. Для того чтобы реализовать такую возможность, должно, быть введено еще два режима — режим записи телеметрической информации в ЗУ и режим воспроизведения записанной инфор­ мации. Естественно, что система управления должна автомати­ чески в нужные моменты времени вырабатывать сигналы на включение режима записи. Режимы воспроизведения записанной информации и непосредственной передачи могут включаться как по командам, вырабатываемым на борту, так и по командам с Земли.

Работающее в режиме записи и воспроизведения записанной информации запоминающее устройство спутника «Джемини» рассчитано на непрерывную запись со скоростью 5120 ед/с в тече­ ние 4 ч. Время воспроизведения записанной информации состав­ ляет 11 мин. Максимальная емкость устройства 74 млн. дв. ед. Потребляемая мощность 10 Вт. Масса 5,4 кг.

Анализ принципов построения системы контроля при помощи РТС позволяет сформулировать основные требования, предъяв­ ляемые к радиотелеметрической системе.

1.Большое число телеметрируемых параметров (до несколь­ ких сотен).

2.Высокая точность измерений (до процентов и даже долей процентов).

3.Высокая эффективность системы, определяемая произве­ дением числа каналов на частоту опроса параметров, и связан­ ная с эффективностью большая скорость передачи данных с бор­ та на Землю (до 105—106 дв. ед. в секунду).

4.Высокая надежность аппаратуры.

5.Жесткие требования к массе, габаритам и энергопотребле­ нию бортовой части радиотелеметрической системы.

137

6.Гибкость системы, обеспечивающая ее перестройку при

необходимости изменения числа телеметрируемых параметров

и частоты опроса датчиков.

Анализ характеристик системы телеконтроля позволяет сде­ лать вывод о том, что в такой системе может быть достигнута

высокая достоверность.

Рассмотрим более подробно задачу контроля за состоянием аппарата в интересах управления. Основной задачей системы контроля является своевременное обнаружение отказа систем КА и аппарата в целом. Информация, полученная по данным опера­ тивного контроля, может использоваться для решения следующих задач:

—принятия решения на замену аппарата, если он функцио­ нирует в составе космической системы;

—принятия решения на прекращение работы с аппаратом

или решения отдельных задач;

—выработки команд на переключение резервируемых блоков;

—изменения программы полета.

Основным показателем, характеризующим качество выполнения перечисленных задач, является время обнаружения отказа.

При использовании РТС для решения задач оперативной обработки время обнаружения отказа складывается из ожидания сеанса сброса телеметрии, времени передачи данных на Землю и времени обработки. Время ожидания сеанса является наиболее существенной составляющей. Оно зависит от характеристик ор­ биты КА и размещения средств наблюдения. Если это время не удовлетворяет требованиям, предъявляемым к выработке управляющих команд, необходимо создавать автономную борто­ вую систему контроля. Время обнаружения отказа при этом будет определяться в основном частотой решения задач контроля. ■Сокращение времени обнаружения необходимо достигнуть при жестких ограничениях по массе и потребляемой мощности, предъявляемых к автономной системе контроля. Эти требования удается выполнить за счет сокращения числа контролируемых параметров, снижения точности измерения контролируемых вели­ чин и упрощения алгоритмов обработки, а следовательно, за счет снижения достоверности контроля [5]. Несмотря на этот недоста­ ток, автономные системы оперативного контроля состояния аппарата и его систем в ряде случаев являются незаменимым средством, повышающим надежность и живучесть обитаемых и необитаемых космических кораблей. В том случае, если досто­ верность контроля невысока, существенное значение имеет соот­

ношение ошибок первого и второго рода, составляющих ошибку контроля

р 0 = 1 - Р „ Р 0 = Р 1 + Р 1 ,

где Р* вероятность ошибки первого рода или вероятность

138

того, что система контроля считает неисправный аппа­ рат исправным;

Яр— вероятность ошибки второго рода или вероятность

того, что система контроля считает исправный аппа­ рат неисправным.

Ошибка первого рода приводит к тому, что время обнаруже­ ния отказа увеличивается. Ошибка второго рода приводит к появ­ лению ложных отказов.

Пусть мы имеем сеть спутников, выполняющих какую-либо задачу, например задачу связи или метеорологических наблюде­ ний. Принятие решения на замену аппарата по данным оператив­ ного контроля приведет к дополнительным материальным затра­ там, определяемым величиной Р02. В этом случае целесообразно использовать сочетание автономного и телеметрического контро­ ля. Так, например, если на землю передавать обобщенные пара­ метры, характеризующие результаты оценки состояния аппарата и его систем, полученные по данным автономного контроля, то можно включать систему телеметрии только в тех случаях, когда будет получен сигнал оперативного контроля об отказе или неисправности, и подвергать полной обработке только те пара­ метры, которые относятся к отказавшей системе. Такое компро­ миссное решение обладает преимуществами автономного и теле­ метрического контроля, т. е. малым временем обнаружения отказа и высокой достоверностью контроля.

Описанная выше классификация задач контроля характери­ зует существующие в настоящее время системы контроля, т. е. потребности сегодняшнего дня. На обитаемых космических кораб­ лях дальнего космоса бортовая система контроля должна выпол­ нять задачи как оперативного характера — систематический контроль состояния систем, так и задачи полной обработки — детальный анализ состояния отдельных систем, прогнозирования их поведения и т. д.

5.2 ИСПОЛЬЗОВАНИЕ БЦВМ В СИСТЕМАХ КОНТРОЛЯ ЗА СОСТОЯНИЕМ АППАРАТА

Бортовая ЦВМ может быть использована в интересах контро­ ля в двух вариантах:

—в качестве звена обработки в составе автономной системы бортового контроля;

—в качестве звена системы телеконтроля.

Первый вариант, блок-схема которого приведена на рис. 5. 3, характеризуется следующими основными особенностями:

— при помощи специальных устройств, не входящих в состав БЦВМ, определяется, находятся ли в норме телеметрируемые параметры;

— на бортовую ЦВМ возложены функции определения факта отказа систем и выработки команд переключения резервируемых

139