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

Рис. 8. 5. Схема траектории полета автоматической станции «Маринер'9» к Марсу

на ферритовых сердечниках, имеющий запоминающее устройство объемом 4096 18-разрядных слов. Память делится поровну на постоянную и переменную. Скорость выполнения операции сло­ жения 10 мкс, умножения—70 мкс. Вычислитель снабжен бло­ ком ввода данных и индикации. Основной задачей дополнитель­ ного вычислителя является решение задач навигации и управле­ ния в аварийных ситуациях в любой момент после отделения ЛМ от КМ до спуска на поверхность Луны. В течение всего участка снижения, во время нахождения ЛМ на поверхности Луны и при взлете с нее вычислитель осуществляет непрерывный расчет тра­ ектории полета для встречи с КМ, если откажет основная система. Полет КК «Apollo-13» показал, что вычислитель аварий­ ной системы может быть использован как резервный для управ­ ления движением КК на любой фазе полета вне пределов атмо­ сферы Земли.

8.4. МЕЖПЛАНЕТНЫЕ ПОЛЕТЫ КОСМИЧЕСКИХ АППАРАТОВ

Межпланетные полеты КА характеризуются сложностью усло­ вий функционирования систем аппарата и большой продолжи­ тельностью полета и последующего активного существования КА. Пример межпланетной траектории полета КА приведен на рис. 8. 5, где дана типичная трасса движения аппарата «Маринер», запущенного к Марсу в мае 1971 года.

Космические аппараты, предназначенные для межпланетных полетов, должны быть автономными и надежными в высшей сте­ пени. Вместе с тем функционирование КА должно предусматри­ вать управление по командам с Земли. Высокая автономность системы управления КА возможна только при наличии ключевого элемента системы управления — бортовой ЦВМ. Задачи, решае­ мые ЦВМ в межпланетных полетах, рассмотрим на характерных примерах.

196

При межпланетных полетах в общем случае возможно управ­ ление при помощи ЦВМ на участках:

— полета в сторону планеты назначения;

—при движении аппарата по планетоцентрической орбите;

—при выполнении мягкой посадки аппарата на поверхность

планеты и ее исследовании.

БЦВМ КА «Маринер-6», «Маринер-7»

Командные функции на борту космических аппаратов вы­ полняются центральной вычислительной машиной и программно­ временным устройством. Вычислительная машина программи­ руется набором слов и инструкций. Программа полета заклады­ вается в память машины с объемом 128 слов еще до запуска космического аппарата. Однако вся бортовая подсистема может быть полностью переграммирована в полете по радиокоманде [3].

Центральная вычислительная машина и программный меха­ низм рассчитывают, согласовывают во времени и определяют последовательность действий бортовых систем космического аппарата. Выполнение указанных действий осуществляется на основных этапах движения: при запуске, в пассивном полете, при выполнении маневров и в период сближения с планетой. Напри­ мер, при коррекции на среднем участке траектории выходные сигналы вычислительной машины и программного устройства сравнивают между собой и если есть расхождение, коррекцию' прекращают. При этом восстанавливают логику движения на среднем участке траектории. Причину нарушения выясняют по телеметрическим данным, после чего '-вновь предпринимают попытку скорректировать траекторию при помощи исправно работающего устройства.

Основными частями вычислительной машины и программногомеханизма являются датчик времени, дешифратор входных сиг­ налов, матрица памяти и группа регистров для временного хра­ нения информации. Программа для вычислительной машины состоит из 16 инструкций, по которым производится запись, и извлечение данных из основного и вспомогательного запомина­ ющих устройств. Вся информация хранится в памяти в форме 22 слов двоичного разряда. Код слов указывает тип инструкции, адрес ячейки памяти и время событий. Можно запрограммиро­ вать события, которые имеют степень дискретности 1 ч, 1 мин, 1 с.

Программный механизм имеет датчик времени, аналогичный датчику в вычислительной машине, и собственный дешифраторвходных сигналов. При помощи дешифратора получают команды с Земли и подают их на регистры магнитной памяти.

При непредусмотренных ситуациях, а также если необходимо выполнить более сложную по сравнению с рассчитанной после­

197

довательность, центральная вычислительная машина и программ­ ный механизм могут быть перепрограммированы по команде -с Земли.

БЦВМ аппарата, предназначенного для исследования поверхности планет

Для изучения поверхностей планет большое значение приоб­ ретают автоматические аппараты, передвигающиеся по их поверх­ ности и способные проводить научные исследования. В качестве примера таких аппаратов рассмотрим автономный аппарат, пред­ назначенный для изучения Марса [4]. Аппарат должен функцио­ нировать относительно длительное время независимо от Земли, для чего необходима автономность и высокая надежность, воз­ можность анализа окружающей обстановки и управление иссле­ дованиями в соответствии с ее изменениями.

Важнейшим элементом системы управления автономного ■аппарата будет являться бортовая ЦВМ, которая должна выпол­ нять следующие функции:

—обрабатывать и приводить к стандартному виду показа­ ния датчиков:

—осуществлять навигацию, проводить расчеты по управле­ нию движением и наведению специальных датчиков (например, антенн, солнечных и звездных датчиков и т. п.);

—оценивать местность, определять курс и вырабатывать со­ ответствующие команды управления;

,— оценивать состояние аппарата и принимать решения по использованию энергетических ресурсов;

—формировать логику последовательности операций систе­ мы управления движением и синхронизацию действий различных

•систем аппарата.

Следует особо отметить, что обнаружение неисправностей и восстановление работоспособности аппарата в условиях дли­ тельного функционирования являются очень важными задачами. При неисправности какого-либо узла необходимо, чтобы ЦВМ ■обнаружила неисправность и подключила бы дублирующий узел или перевела бы аппарат на работу во вспомогательном режиме. Аварийные режимы должны учитывать всевозможные неисправ­

автономно вырабатывать команды управления. В последнем слу­ чае необходимо перейти на управление с Земли. Функциональная

контура. Основным элементом ЦВМ является главная програм­ мирующая система (ГПС), при помощи которой все функцио­ нальные блоки связаны между собой. ГПС ответственна за

i 9 8

п р е д м е т н ы й у к а з а т е л ь

201