Система сбора научной информации.
В большинстве более ранних космических систем почти вся информация обрабатывалась на Земле, потому что бортовые процессоры не могли выполнять такой большой объем работы. В главе 16 описаны некоторые причины отставания бортовых устройств обработки данных от наземных. Однако появляются новейшие бортовые процессоры, отличающиеся значительно возросшими возможностями. Следовательно, для будущих космических систем основным становится вопрос распределения общего объема информации между бортовыми средствами обработки данных и наземными средствами системы или конечного пользователя.
В разделе 3.2 приведено описание сравнительного анализа этих и других альтернатив.
Основные вопросы сравнительного анализа бортовой и наземной обработки состоят в
следующем:
1. автономность – в какой степени мы хотим сделать систему независимой от анализа и управления операторами? Если оценка данных операторами становится критическим фактором (т.е. крайне необходимой), мы должны большую часть обработки информации осуществлять на Земле. Если целесообразна автономная обработка, она может быть осуществлена на борту КА, в наземном центре или на средствах конечных пользователей. Уровень автономности является предметом отдельного анализа, а также должен учитываться при сравнительном анализе бортовой и наземной обработки;
2. задержка данных – какова задержка доставки данных конечному пользователю? Если мы допускаем только доли секунды, мы должны склониться к автоматизированным процессам, вероятно, на борту КА. Для FireSat, несмотря на то, что требуется передача данных в близком к реальному масштабу времени, задержки, связанные с передачей данных на Землю для обработки, не являются критическими;
3. ширина полосы средств связи – какой объем данных нужно передавать? Если датчик генерирует большой объем информации, ее нужно обрабатывать и сжимать как можно ближе к источнику этой информации. Собрать на Земле всю информацию от формирователей изображений, размещенных на спутнике FireSat, и затем решать, что дальше обрабатывать – такой подход приведет к серьезным проблемам при обеспечении связи и, вероятно, к повышению затрат на создание системы FireSat;
4. один или множество потребителей – если конечный пользователь системы представляет большое число потребителей, как, например, для FireSat, мы можем сэкономить значительные средства путем повышения уровня обработки на борту КА и передачи результатов непосредственно потребителям;
5. размещение конечного пользователя – "конечный пользователь" какой-либо части данных находится на Земле или в космосе? В системах, предназначенных для межспутниковой связи или автоматического поддержания параметров орбит, конечный пользователь расположен в космосе. В этом случае процесс передачи данных на Землю для обработки и последующей передачи результатов обработки с Земли может оказаться очень сложным и дорогим. На Земле сложность системы сильно зависит от количества потребителей (один конечный пользователь или множество разнесенных потребителей, как в случае системы FireSat).
Даже если мы принимаем решение производить обработку данных в основном на борту КА, система должна позволять получать или восстанавливать первичные (необработанные) данные для анализа на Земле. Полностью автоматизированная система FireSat должна иметь средства для регистрации или передачи первичных данных, чтобы обслуживающий персонал мог оценивать качество функционирования системы, отмечать возникшие проблемы и планировать применение альтернативных и более совершенных методов для последующих систем.
Бортовое программное обеспечение всегда намного дороже наземного. Поэтому обработка информации на Земле обычно обходится дешевле обработки на борту КА. Мы считаем, что в будущем эти обстоятельства изменятся и стоимость программного обеспечения не будет основным элементом при сравнительном анализе бортовой и наземной обработки данных. Стоимость программного обеспечения в большей степени зависит от того, что должно быть сделано и какой должна быть надежность, чем от того, где оно будет выполняться.
Мы можем принять решение о создании высоконадежного программного обеспечения (безошибочного, насколько это возможно) для наземных средств, но его стоимость будет такой же высокой, как для предшествующих бортовых средств. С другой стороны, простое программное обеспечение с многими повторно используемыми компонентами может быть более дешевым и его можно использовать на борту КА, а также на Земле.
Анализ альтернатив, связанный с обработкой данных (на борту КА или на Земле), в ближайшем будущем будет основным вопросом и, вероятно. камнем преткновения для большинства космических систем. Для систем с небольшим сроком службы или некритичным ко времени, возможно, более эффективно (с точки зрения стоимости) выполнять эти операции на Земле с малой степенью автоматизации. для систем с большим сроком службы или критичным по отношению ко времени необходимо предусмотреть автоматизацию обработки данных и проведение сравнительного анализа бортовой и наземной обработки для минимизации затрат. В любом случае желательно использовать анализ потоков данных для определения источников данных и их маршрутов. Если это возможно, нам хотелось бы минимизировать требования по связи и присоединить дополнительные данные (например, метки времени и информацию о положении) как можно скорее после формирования соответствующей информации.
47.Техническое предложение при разработке университетских микроспутников.
Процесс создания изделий космической техники обычно состоит из следующих основных взаимосвязанных этапов:
1) проектирование;
2) разработка опытных образцов изделия, которые могут не в полной мере соответствовать штатному его варианту по комплектации приборами, оборудованием и даже некоторыми системами;
3) наземная экспериментальная отработка отдельных агрегатов, систем и аппарата в целом;
4) производство штатного изделия,
5) летно-конструкторские испытания штатного изделия, если такие испытания целесообразны и возможны по экономическим и другим соображениям, обусловленными предназначением аппарата и стоимостью и особенностью установленной на нем научной аппаратуры.
Не раскрывая в полной мере содержания перечисленных этапов создания КА, рассмотрим лишь основные закономерности, свойственные этим этапам и отметим роль испытаний в оптимизации параметров систем создаваемого КА.
Проектирование является одним из начальных этапов создания КА. Непосредственный результат проектирования - проект. Он должен отражать общий замысел и план создания аппарата, а также конкретные технические решения по его элементам, агрегатам, бортовым системам. Проектирование - сложный творческий процесс поиска и нахождения решений, обеспечивающий создание технического объекта, удовлетворяющего заданным требованиям. Затраты на выполнение собственно проекта в сумме общих затрат на создание КА с учетом подготовки производства, изготовления опытных образцов и их экспериментальной отработки относительно невелики. Однако безошибочное проектирование предопределяет возможность создания КА в установленные сроки и с минимальными суммарными затратами. Такое положение очевидно, поскольку принципиальные ошибки проектирования не могут быть исправлены ни в процессе изготовления опытных образцов КА, ни в процессе их экспериментальной отработки без больших материальных затрат и существенного увеличения сроков создания аппарата.
В самом процессе проектирования можно выделить три этапа:
· разработка технических требований;
· эскизное проектирование;
· техническое проектирование;
На этапе разработки технических требований проводится техническое и экономическое обоснование целесообразности разработки данного космического аппарата, предназначенного для решения каких - то актуальных задач, а также формулируются и обосновываются технические требования к системам аппарата, габаритным и весовым его характеристикам. На этом же этапе определяются также критерии эффективности систем аппарата и критерии эффективности КА в целом.
На этапе эскизного проектирования, исходя из сформулированных общих требований к КА и его системам, определяется его структура, технические характеристики комплектующих элементов и производится компоновка систем аппарата. Синтез КА на этом этапе начинается условиях большой неопределенности и проводится на основе упрощенной идеализированной математической модели, построенной на основании опыта, накопленного при проектировании аналогичных систем, и эрудиции специалистов, участвующих в проектировании. На начальных стадиях этого этапа для анализа влияния основных параметров разрабатываемого изделия на его качественные показатели применяются, как правило, приближенные математические модели, даже чаще всего локальные, составленные для отдельных частей КА. Определенные с помощью таких моделей параметры системы являются приближенными и требуют своего дальнейшего уточнения на последующем этапе проектирования.
На этапе технического проектирования разрабатывается техническая документация, необходимая для изготовления экспериментальных образцов и макетов агрегатов, систем и КА в целом для проведения их экспериментальной отработки в лабораторных и стендовых условиях.
48.Техническое задание при разработке университетских микроспутников.
49.Технический проект университетского микроспутника.
50.Проведение наземных испытаний университетских микроспутников
Перечислим основные задачи, которые необходимо решить для достижения цели испытаний сложной технической системы.
- Оценка правильности основных конструктивных и схемных решений, положенных в основу проекта КА, корректировка их в процессе отработки.
- Проверка и отработка функционирования агрегатов КА, отдельных конструктивных узлов и приборов в эксплуатационных условиях и отработка их взаимодействия в общей конструктивной схеме.
- Определение летно-технических характеристик КА в полном диапазоне условий его применения.
- Исследование и в процессе отработки устранение причины возможных неисправностей, которые могут привести к срыву программы полета КА или его гибели.
- Отработка технологии эксплуатации КА
Основаниями для классификации могут служить следующие признаки.
1) Назначение испытаний. В этом случае испытания делятся на исследовательские, контрольные, сравнительные и определительные.
Исследовательские (научные) испытания проводятся для изучения определенных характеристик свойств объекта. Эти испытания необходимы для установления качественных и количественных соотношений характеристик для ранее неизвестных ситуаций, для сопоставления и построения новых гипотез, теорий.
Контрольные испытания проводятся для установления соответствия характеристик объекта заданным требованиям.
Сравнительные испытания проводятся для сравнения свойств аналогичных по назначению или одинаковых объектов в идентичных условиях.
Определительные испытания проводятся для определения значений характеристик с заданными значениями показателей точности и достоверности.
2) Уровень объекта испытаний. По этому признаку испытания делятся на следующие виды: испытания материалов и элементов, испытания узлов, приборов, агрегатов, устройств, подсистем, систем, испытания КА в целом.
3) Определяемые характеристики объекта. По этому признаку испытания делятся на функциональные испытания, испытания на прочность, на устойчивость, испытания на надежность, безопасность, транспортабельность, граничные испытания, технологические испытания.
4) Этапы разработки изделия. В этом случае испытания делятся на доводочные, предварительные, приемочные.
Доводочные испытания – это исследовательские испытания, проводимые при разработке изделия с целью оценки влияния изменений, вносимых в него для достижения заданных значений показателей ее качества
Предварительные испытания – контрольные испытания опытных образцов с целью определения возможности их предъявления на приемочные испытания.
Приемочные испытания – контрольные испытания опытных образцов с целью решения вопроса о возможности допуска изделия к штатной эксплуатации.
5) Условия и место проведения испытаний. Испытания в этом случае делятся на следующие виды: лабораторные, с использованием предметно - математических моделей, стендовые, полигонные, эксплуатационные.
Лабораторные испытания – испытания, проводимые в лабораторных условиях. Очевидно, что объектами испытаний в лабораторных условиях могут быть объекты низших уровней - такие как материалы, элементы, узлы, приборы.
Испытания с использованием моделей основываются на использовании предметно - математических моделей, которые конструируются из элементов иной (по сравнению с оригиналом) физической природы, но описываются такими же математическими моделями, что и оригинал. Предметно - математические модели можно разделить на два вида: модели прямой и непрямой аналогии. Первые строятся на основе непосредственной связи (аналогии) между величинами, присущими физически различным явлениям, но описываемыми одинаковыми математическими моделями. Предметно - математические модели непрямой аналогии представляют собой аналоговые вычислительные машины.
Стендовые испытания – это испытание объекта на испытательном оборудовании, представляющем собой технические устройства, имитирующие физические воздействия, которым подвергается КА в натурных условиях. Испытательное оборудование (испытательные стенды) может объединяться по направлениям и образовывать, например, комплексы механических, тепловых, электрических, климатических, химических, биологических, магнитных, электромагнитных и радиационных испытаний.
Полигонные испытания - испытания объекта, проводимые на испытательном полигоне.
Эксплуатационные испытания – испытания объекта в условиях его штатной эксплуатации.
Кроме перечисленных типов испытаний, классификация которых осуществлялась по их характерным признакам, следует отметить еще следующие виды испытаний, относящиеся к сложным объектам - к КА в целом или его отдельным фрагментам, системам: автономные испытания, комплексные испытания, испытания в условиях имитации нештатных аварийных ситуаций
Автономным испытаниям подвергаются отдельные составляющие сложной технической системы – в нашем случае отдельные части или системы КА.
Комплексные испытания проводятся либо для группы непосредственно связанных систем КА, либо для всего КА с целью проверки нормального функционирования систем КА после проведения монтажно-сборочных работ.