Арыш аппараттарыныҢ борттыҚ жҮйелері

Л.Н.ГУМИЛЕВ АТЫНДАҒЫ ЕУРАЗИЯ ҰЛТТЫҚ УНИВЕРСИТЕТІ

ФИЗИКА - ТЕХНИКАЛЫҚ ФАКУЛЬТЕТ

АРЫШТЫҚ ТЕХНИКА ЖӘНЕ ТЕХНОЛОГИЯЛАР КАФЕДРАСЫ

А ЖӘНЕ ҒАРЫШТЫҚ СЕРІКТЕРІН ЕСЕПТЕУ ЖӘНЕ ЖОБАЛАУ НЕГІЗДЕРІ » ПӘНІНЕН КУРСТЫҚ ЖҰМЫС

ТАҚЫРЫБЫ: ҒА–НЫҢ БОРТТЫҚ БАСҚАРУ ЖҮЙЕСІН ЖОБАЛАУ

Орындаған: Даму А

4 курс студенті

Ғылыми жетекші

Игембаев Б.А.

аға оқытушы

Астана

Мазмұны

Кіріспе..............................................................................................................................3

1. Ғарыштық аппараттардың борттық жүйелері …………………………….….…5

2.Борттық ақпараттық-басқару жүйелерін бағдарламаланатын логика микросұлбаларын қолданумен жобалау ерекшеліктері……………...………...14

3. Навигацияның серіктік жүйесі …….......…………………………………...…............................................20

4. Жерсеріктік радионавигациялық жүйедегі өлшеу және есептеу әдістері.........22

Қортынды...........................................................................................................................24

Қолданылған әдебиеттер...................................................................................................25

КІРІСПЕ

Ғарыш аппаратында (ҒА) орнатылатын ғарыш аппараты ішіндегі бекітілген жағдайларды және оның қозғалысының сипаттамаларын қамтамасыз етуге, сонымен қатар ұшудың соңғы мақсаттарына жетумен байланысты арнайы тапсырмаларды шешуге арналған жүйелер мен құрылғылар кешені болып табылады. Сәйкесінше ғарыш аппараттарының борттық жабдықтары қамтамасыз ететін және мақсатты болып жіктеледі. Ұшуға арналған жабдықтар үштен бақылау жүйесін одан әрі дамыту үшін техникалық базасы кезең зымыран циклон . Бұл даму ерекшелігі - автоматты түрде анықтау үшін екілік код бес есе пайдалану ( қателер), екі арналы жабдықтарды резервтеу орнына дәстүрлі ұшу үздіксіз жұмыс істеуін қамтамасыз ету аппараттық Triple резервімен, арнайы жайлылық жасамай 2,5 сағат зымыран. Жанында үздіксіз жұмыс істейтін компьютерлер бортында уақыт (1968) біраз уақыт және осындай ауыр астында бар, емес, арналған борттық компьютерлер ұшу 10-15 ұзақтығы үшін әзірленді мин. (Олар жауынгерлік зымыран жүйелері үшін машиналар болды).

Борттық жабдықтар жер үсті пайда қамтамасыз Киев радио зауытының құрылған жоғары автоматтандырылған чектер, штат дайындау және іске қосу зымыран. Кезеңде 1986-1996 жылдары 100-ден астам стартаптарды жүргізілді зымыран циклон . 1980 жылы осы жоғары сенімді кешенін дамыту үшін , Днепропетровск, Киев және Харьков бір топ мамандары марапатталды B.E.Vasilenko, соның ішінде КСРО Мемлекеттік сыйлығының лауреаты, және өндірістік бірлестігінің ұзартқыш бастығының орынбасары жобалаушы; Киев Радио зауыты A.N.Pulemetov.

31 Тамыз 1995 ракета циклон іске қосылды Украина ғарыш Сечь-1 Жер байқау үшін. Осы құрылғының іске Достастық Украинаның ресми жазбаны белгіленген Ғарыштық елдер.

Дамушы қаражат зерттеу кеңістігін босату бағытында өндіру Ғарыш өндірістік бірлестігі Киев Радио 1966 жылы бортында жабдықтар бірегей кешені өндірісін бастады Игла , іздеу үшін, өзара бағдар, жақындасу және Dock ғарыш объектілері. Бұл құрал Әлемдегі алғашқы берген арасындағы басқарылатын және ұшқышсыз ғарыш автоматты қондыру және орбиталық станциялары. Барлық оған 150 жиынтықтар болды.

Жабдықтар Quot ауыстыру 1985 жылы Quot Игла; жоғары сенімді неғұрлым озық келді жабдық , курстық табысты кешенінде жұмыс істеді World-Союз-Прогресс Quot деп аталатын орбитада жұмыс істейтін жасақталған орбиталық станция Салют 2 , Салют 3 , Салют-5 және Ұшқышсыз ғарыш-1870 және Алмаз-1 табысты Киев радио дайындалған басқару жүйелерін қолданылады.

Кейін зымыранды ауыстыру үшін бірінші есептеу құрылғыларын әзірлеу кейін 10-12 жыл техника интегралдық схемалардың компьютерлер бортында келді. Бірінші өндірістік басқарма 15A..

Жалпы талаптардан бөлек (бөгеттерден қорғаныс, сенімділік, электромагниттік үйлесімділік және тағы да басқа) ғарыш аппараттарының борттық жабдықтарына арнайы талаптар қатары қойылады: шағын масса, компактілік, электрэнергиясын аз тұтыну, беріктілік, жоғары темпертарулар, вибрациялар мен жүктелулер жағдайында бас тартуларсыз жұмыс жасау, өтіп жатқан сәулеленулерге және сыртқы төмен қысымға сезімталдықтың болмауы. Ғарыш аппаратының борттық жабдықтарының қалыпты функционалдылығы есептеулердің үлкен көлемін орындауды талап етеді, сондықтан ғарыш аппаратына борттық сандық есептеуіш машина (БСЕМ) орнатылады, ол өз кезегінде барлық жүйелер жұмысын координаттайды, басқару сигналдарын жасақтайды және мақсатты тапсырмаларды шешуге қажет есептеулердің барлығын жүргізеді.

АРЫШ АППАРАТТАРЫНЫҢ БОРТТЫҚ ЖҮЙЕЛЕРІ

Түрлі эксплуатацияланатын және әлі жобаланып жатқан ғарыш аппараттарының (ҒА) тіршілігін және олардың мақсатты тапсырмаларды орындауын қамтамасыз ету үшін ҒА барлық түрлеріне тән жалпы тапсырмалардың жеткілікті кең шеңберін шешу керек. Осындай тапсырмалардың қатарында төмендегілер:

· Жер үсті басқару кешенімен ақпарат алмасуды қамтамасыз ету (НКУ);

· Аппаратты электрэнергиясымен қамтуды қамтамасыз ету;

· Тұтынушылар арасында ҒА электротұтынуды тарату;

· Телеметриялық ақпаратты жинау, сақтау, өңдеу және тарату;

· ҒА жабдықтары мен жүйелерінің жұмысын ҒА ұшу бағдарламасына сәйкес және оның шынайы жағдайын ескере отыра басқару;

· ҒА талап етілген жылулық режимін сақтау;

· ҒА кеңістіктегі бағытталуын анықтау және сақтау;

· ҒА кеңістіктегі қозғалысын қамтамасыз ету (оның массалар центрінің орын ауыстыруы);

· ҒА кеңістіктегі бұрыштық қозғалысын қамтамасыз ету (массалар центрі арасында орын ауыстыру);

· ҒА орбитада орналасу орнын анықтау және болжау;

· Айналмалы күн батареяларын басқару (бар болған жағдайда).

Алғашқы ҒА жобалау кезінде әр тапсырма автономды сипатта шешілген болатын, арнайы мамандандырылған сұлба қолданатын, аталмыш сұлба өз сенсорлы жабдықтарына, өздік атқарушы органдарына және сәйкес сипатта бағдарламаланған басқару автоматикасына ие болып табылатын. ҒА ішкі құрылымының күрделенуімен қатар және ол шешетін тапсырмалар санының артуымен басқару құрылғыларын орталықтандыруға және ҒА борттық жүйелерінің жұмысын бақылау қажеттілігі пайда бола бастады. Аталмыш процесстер энергоресурстарды рационалды шығындау мен толықтыру жағынан, приоритеттілік пен ұшу және регламентті операцияларды орындау, оперативті диагностика нәтижелерінің негізінде штаттық емес жағдайларға автономды реакция беру және борттық жабдықтарды тестілеу және тағы да басқа болып табылады. Ғарыш аппараттарына дамыған бағдарламалық қамсыздандыруға (БҚ) ие есептеуіш құралдарды жасақтау мен енгізу осы мәселені шешуге көмектесті.

Жер үсті басқару кешені аналогиясы ретінде (НКУ) борттық басқару кешені (БКУ) түсінігі пайда болды, ол ҒА барлық негізгі борттық жүйелерін біріктіреді, сонымен қатар борттық есептеуіш техникасын, қозғалыс пен навигацияны басқару жүйесін, борттық аппаратураны басқару жүйесін, қызметтік басқару арнасының борттық жабдықтарын, борттық өлшеулер жүйесін, БКУ сәйкес бағдарламалық қамсыздандыруын, БКУ басты интеграциялы өзегін қамтиды. Мақсатты арналымды автоматты ҒА БКУ құру принциптерін аса бөлшекті қарастыру үшін (байланыстырушы серіктер, ғарыш кеңістігі аймақтарын бақылау ҒА, Жерді зондтау ғарыш аппараттары) сол негізгі борттық жүйелерді атап өтейік (сурет 1.1):

· Борттық есептеуіш жүйе есептеуіш құралдар мен тіркесу құрылғылары түрінде (интерфейстер мен байланыс адаптерлері) борттық абоненттермен ақпараттық өзара әрекеттесуді қамтамасыз ететін және өз есептеуіш ресурстарын ҒА жүйелерін басқару тапсырмаларын шешуге қолданатын және олардың жүмыс жасауын Қозғалыс пен навигацияны басқару жүйесі (басқаша айтқанда – қозғалысты басқару бағытталу жүйесу), ҒА қозғалысын материалды нүкте ретінде басқаруға (массалар центрінің орын ауыстыруы), сонымен қатар ҒА бұрыштық қозғалысын басқаруға да (массалар центрі айналасыдағы қозғалыс) арналған;

· Борттық жабдықтарды басқару жүйесі, электртұтыну коммутациясы функцияларын атқарады, электрлік сигналдарды күшейтуге және түрлендіруге мүмкіндік береді, сонымен қатар ҒА жүйелері мен аспаптарына уақыттық немесе логикалық шарттарға сәйкес басқару командаларын береді;

· Борттық өлшеулер жүйесі, өлшемдер нәтижесі жайлы телеметриялық ақпаратты жинау, өңдеу және НКУ жіберуге арналған, ҒА жүйелерінің жағдайын және ҒА өтіп жатқан үдерістерді сипаттайды;

· Қызметтік басқару арнасының немесе командалы радиожелінің борттық жабдықтары, НКУ мен БКУ арасындағы қызметтік ақпаратты уақытылы алмасуды қамтамасыз ететін радиотехникалық кешенді құрайды;

· Біріктірілген қозғалтқыштық орнатылым, ҒА орбитаға қатысты қозғалысы мен бұрыштық қозғалысын қамтамасыз етуге арналған қозғалтқыштар комплектінен тұрады;

· ҒА ішінде белгілі бір жылулық режимді сақтауға арналған жүйе;

· Электроқамту жүйесі (СЭС) алғашқы энергияны (күн энергиясын) электрлікке түрлендіру үшін.

Ғарыш аппаратының борттық жүйелері. Cурет 1.1.

ҒА кейбір класстарында бөлек құрылымдық бірлік ретінде борттық кабельді желі қарастырылады. ҒА есептеуіш құралдары мен жаңа конструктивті технологиялық шешімдерді енгізу, заманауи элементтер базасын және БҚ комплекстеу құралдарын қолдану интеграцияланған БКУ құруға негіз жасақтауға мүмкіндік берді. ҒА жүйелері жағдайын оперативті бақылау мүмкіндігі мен сыртқы жағдайды, борттық жүйелердің ағымдағы статусы мен ағымдағы уақытта бар ресурстарды ескере отыра ҒА ұшу бағдарламасын «ақылмен» орындауы ҒА БВС-та бақылау мен басқарудың әр алуан функцияларын өткеруге мүмкіндік берді, дәлірек айтқанда –БҚ. Осы функциялардың борттық есептеуіш жүйедегі (БҚ БКУ) концентрациясының тенденциясы бағдарламалық және жабдықтық құралдардың дамуымен қатар күшеюде. Бағдарламалық қамсыздандыру БКУ бөлек дара компоненті ретінде (және ең басты біреуі ретінде) қалыптасты (сурет 1.2). БКУ бағдарламалық қамсыздандыруы иерархиялық принцип бойынша құрастырылған:

Бағдарламалық қамсыздандыру құрылымы. Сурет1.2.

· Бірінші, немесе төменгі деңгейді жабдықтармен алмасу драйверлері мен есептеуіш процессті ұйымдастыру бағдарламалары құрайды;

· Екінші деңгейді басқаруды және борттық аспаптар мен жабдықтардың жұмысын бақылауды қамтамасыз ететін бағдарламалар қамтиды;

· Үшінші деңгейлі бағдарламалар борттық жүйелердің ұшу режимдерін қамтамасыз ететін бағдарламалар мен есептеуіш бағдарламалардан тұрады;

· Төртінші, немесе жоғарғы деңгейді барлық БКУ жұмыс режимдерін жоспарлау және ұйымдастыру бағдарламалары мен ҒА жүйелерінің жағдайын бақылау бағдарламалары құрайды.

БКУ БҚ архитектурасы барлық бағдарламаларды қызметтік (диспетчер, алмасу, БВС конфигурациясын басқару, таймерлеу және т.б.) және функционалды (нақты аспаптардың қосу/өшіру бағдарламалары, түрлі дайындық және қатар жүретін ақпаратты есептеу бағдарламалары, басқару бөлек аспаптарға әсерлердің қалыптасу бағдарламалары және т.б.) деп жіктейді.

Әр бағдарлама (бағдарламалық модуль) өзінің бапталған сипаттамалары мен басқа бағдарламалармен логика-ақпараттық байланыстарға ие болып табылады. БКУ БҚ құру алмасу ақпаратының барлың деңгейлі бағдарламалар арасындағы детерминирленген мензейді, сондай-ақ басқару ақпараты үстінен төменге барады (жоғарғы деңгей бағдарламаларынан төменгі деңгейлі бағдарламаларға қарай), ал бақылау-диагностикалық ақпарат – керісінше төменнен жоғарыға қарай бағытталады. БКУ БҚ шынайы уақыт масштабында функционалдануын қамтамасыз ету үшін әр бағдарламада реттілік пен борттық компьютердің есептеуіш тактіндегі қосылудың нақты уақыты, сонымен қатар оның есептеуіш ресурстары анықталады.

БКУ БҚ интеграциялы сипаты, бақылау мен басқару функцияларынан басқа маңызды функциялар мен тапсырмаларды орындауға мүмкіндік береді, мысалы:

· ҒА ұшуын байламды жоспарлау тапсырмалары;

· Борттық ресурстар шығынын оптимизациялау тапсырмалары;

· ҒА өмір сүруінің автономділігін қамтамасыз ету функциялары;

· Көптеген штатты емес жағдайларға оперативті реакция қайтару функциялары.

Борттық жүйелерден сандық ақпаратты алу (тікелей немесе СБИ арқылы), НКУ ақпарат алмасу (БА СКУ арқылы), алынған ақпаратты есептеу тапсырмаларында қолдану және өңдеу БҚ жүзеге асырылған, – осының барлығы БВС пен БКУ БҚ борттық басқару кешенінде басты орынға шығарды. БА СКУ және СБИ жүйелері осындай конфигурацияда БКУ ажырамас бөлігі болып табылады, себебі ҒА циркуляциялайтын ақпараттың көздері болып саналады және ақпараттық-логикалық интерфейстерді қолдайды. Атап өтетіні, бұл жерде БВС, БА СКУ және СБИ арасында физикалық (проводты, борттық кабельдік желі және түйісу интерфейсті құрылғылары арқылы), сонымен қатар «виртуалды» (ақпараттық, ақпараттық алмасу арналары арқылы) байланыстары болуы мүмкін.

БКУ ажырамас және негізгі бөлігі борттық жабдықтарды басқару жүйесі болып табылады. СУБА екі маңызды функциясы интеграциялы сипатқа ие және БКУ таңдауы болып табылады:

· Физикалық (проводты) интерфейсты ҒА жүйелері мен жабықтары арасында қамтамасыз ету және оларды сәйкес командалар мен сигналдарды жасақтау жолымен басқару .

· Барлық борттық тұтынушыларды электроқорекпен қамтамасыз ету.

Жоғарыда аталған жүйелердің қалғандарының барлығы өз нақты тапсырмаларын шешеді, ҒА үшін маңыздылығы зор, бірақ БКУ құрылымды құру көзқарасы жағынан интеграциялы болмайды. Олардың ішінен ерекше атап өтетініміз СУДН, ол ҒА жасақтаушыларымен жиі БКУ құрамына келесі аспектілерінің арқасында енеді:

· СУДН тапсырмалары (ориентация, стабилизация, мақсатты тапсырмаларды шешу үшін ҒА бағыттау және т.б.) – маңызды және бірінше кезектегі тапсырмалар болып табылады;

· Берілген жүйе (СУБА сияқты) – алғашқы борттық жүйелердің бірі, ол бірінші ҒА жобаланып, жасақталған болатын;

· СУДН басқару бағдарламаларын басқа жүйелердің басқару бағдарламаларына тығыз байланған және БКУ БҚ жоғарғы деңгей бағдарламаларына да байланған болып табылады.

СУДН құрамына оптика-спектральды тетіктер түріндегі сезімтал элементтер кірістірілген, сонымен қатар бұрыштық жылдамдық тетіктері, құрылғыларды және басқару сигналдарын қалыптастыру блоктарын түрлендіретін, сонымен қатар күштік гидроаспаптар түріндегі (мысалы, маховиктер немесе гиродиндер) атқарушы органдар да кірістірілген. СУДН атқарушы органдары болып қозғалтқышты орнатылым қозғалтқыштары қызмет етеді. СУДН жабдықтарының құрамы түрлі навигациялы аспаптармен және жабдықты навигация серіктерімен толықтырылады.

Мысалы, РКК «Энергия» жасақтамасының СУДН құрылуының негізі коррекцияланатын платформасыз инерциалды навигациялы жүйесі болып табылады, ол уақыттың шынайы масштабында ҒА байланған осьтерінің координаталарының инерциальды жүйесіне қатысты орналасуын анықтауға мүмкіндік береді (сурет 1.3).

СУДН функционалдылығы үш басқару контурының жұмысымен қамтамасыз етіледі:

· Навигациялы контур уақыттың шынайы масштабында бекітілген дәлдікпен ҒА орбитадағы орналасуын бастапқы шарттар бойынша анықтауға (болжауға) мүмкіндік береді, бастапқа шарттар НКУ анықталады немесе борттық навигациялық жабдықтарда есептеуіш гравитациялық және магнитті жер модельдерін қолдану арқылы және ҒА борттық навигациялық тетіктерінің ақпараты көмегімен анықталады;

· Ориентацияны кинематикалық басқару контуры СУДН базисының бұрыштық сәйкессіздігін анықтауға мүмкіндік береді, бұл жерде белгілі бір тірек базисы орын алады, ол ориентация режимімен бекітіледі, одан бөлек кинематикалық контур берілген тірек базисын нақтылайды (коррекциялайды;

· Ориентацияны басқарудың динамикалық контуры ҒА байланған базисын бекітілген дәлдікпен тірек базисымен сәйкестендіруге мүмкіндік береді; одан бөлек динамикалық контур орбита коррекциясы үдерісінде және басқа да динамикалық процесстер кезінде ҒА стабилизациясын қамтамасыз етеді.

Қарастырылып жатқан класттың автоматты ҒА қызметтік жүйелеріне құрамы бойынша ұқсас талаптар қойылады, олар да пайдалы жүктемемен шартталған (немесе БЦК) осы аппараттардың қызметтік жүйелеріне. Ғарыш саласындағы бас мекемелерде әмбебап ғарыштық платформаларды (УКП) жасақтаудың жағымды тенденциясы орын алуда, олар барлық автоматты ҒА үшін ортақ болып саналады. Дайын УКП жаңа БЦК жүйелер мен УПК аспаптарын иемдену жолымен интеграциялау және жобалау қадамдарын минимизациялау мен жер үсті өңдеу процесстері жаңа ҒА құру мерзімдерін қысқартуға мүмкіндік береді және сапа мен сенімділік көрсеткіштерін сақтай отырып, қаржылық шығындарды азайтуға да жол ашылады.

Ғарыштық платформаның иемдену деңгейі ҒА жаңа мақсатты аппаратурасымен қолданғанда сол аппаратура сипаттамасы мен УКП талаптарының құрамынан байланысты анықталады. БЦК негізгі сипаттамалары: энергопотұтыну, масса, қоректену фидерлері саны, интерфейстер типтері және т.б. БЦК жұмыс жасау шарттарымен анықталатын тапсырмалар санына келесілер кірістіріледі:

· БЦК жұмыс кезінде ҒА стабилизациясы мен ориентациясы дәлдігін анықтау;

· Бағыттау дәлдігін қамтамасыз ету және оны бағалау;

· Жұмыс орбитасының бекітілген сипаттамаларын және ҒА эксплуатациялау ұзақтығын қамтамасыз ету;

· БЦК бекітілген жұмыс режимдерін орындау және тағы да басқа.

БКУ осындай сұлбада УКП ядросы ретінде қарастырылады. Басқаша айтқанда,БКУ борттық БҚ негізгі қызметтік хаттарының жиынтығы болып табылады, ол УКП жүйелерінің интеграциясын ҒА функционалды тапсырмаларын бағдарламалық-логикалық және физикалық деңгейлерде бар интерфейстер арқылы жүзеге асыру кезінде қамтамасыз етеді.

Екі контурлы платформасыз инерциалды жүйе базасындағы СУДН құрылымы.Сурет1.3.

БКУ негізгі міндеттері:

· Оперативті бақылау ақпаратын жинау, алғашқы ретті өңдеу, сақтау мен телеметрлеу,сонымен қатароны УКП басқару тапсырмаларында қолда

· БЦК ақпараттық-командалық әрекеттесуді ұйымдастыру;

· УКП функционалдануын координацияланған басқару және жалпы ҒА жер үсті өңделуі кезінде және ұшу бағдарламасын автоматты режимде және НКУ ақпараты бойынша іске асыру;

· УКП және оның жүйелерінің жағдайының диагностикасы, табу, локализациялау және шттаты емес жағдайларды автоматты режимде парирлеу.

Борттық басқару кешені атап өтілген тапсырмаларды шешуі келесідей сапалы сипаттамалардың растауымен қатар жүреді:

· Кешендеудің жоғары деңгейі, яғни УКП жүйелерінің комбинацияланған жұмысын ұйымдастыру және барлық ұшу режимдері мен шынайы уақыт масштабында операцияларды жүзеге асыруда интерфейстерді қолдау;

· БКУ құрастыруының көпдеңгейлі құрылымының қатаң иерархиелігімен ақпарат ағымдары қозғалысыныңдетерминирленуі (комнадалы-басқару ақпараты жоғарыдан төмен БКУ «ядросынан» әр элементкен және бақылау-диагностикалау ақпараты төменнен жоғарыға қарай, перифериялы элементтерден «ядроға» дейін);

· Басқарудың дамыған икемділігі, ПОБКУ басқару алгоритмдерінде жүзеге асырылған және мақсаттарды ескеру базасында НКУ және өңделген диагностикалық ақпаратты ресурстардың тиімді шығыны мен резервтерді қатыстыру, сонымен қатар бас тартуларған адаптациялану мен штатты емес жағдайларды парирлеу.

ҒА толық бір классы құрамында қолдануға дайын платформа перспективті ғарыш өнімдеріне тапсырыс берушілер үшін ерекше тартымдылықты құрайды. БКУ дамуы мен жетілуі келесі бағыттарда жүргізілуі болжанады:

· Сенімділікті арттыру мен бөлек аспаптардың кепілденген функционалдау мерзімінің артуы жалпы заманауи ЭКБ типономиналдарды қолдану жолымен, сонымен қатар функционалды резервтеуді аппараттық және бағдарламалық деңгейлерде енгізудің арқасында орындалады;

· БКУ мақсатты функцияларының сақталуы мен оның ортақ массасының төмендеуі, интерфейсты ресурстарды үнемдеу кезінде пайдалы жүктеме қызығушылығында түрлі типті интерфейс унификаци, БКУ құрылымындағы бөлек позицияларға өту, аппараттық құралдарды үштеу орнына дубльдеу.