Сетевое издание

Современные проблемы науки и образования

ISSN 2070-7428

"Перечень" ВАК

ИФ РИНЦ = 1,006

• Авторы
• Резюме
• Файлы

Удалой В.А., Соколов Н.Л., Журавлев В.К.

Завершен четырехлетний срок активного существования на орбите искусственного спутника Земли космического аппарата (КА) «Метеор-3М». КА «Метеор-3М» был выведен на орбиту 10 декабря 2001года ракетоносителем «Зенит -2» с космодрома Байконур. Аппарат является многоцелевым искусственным спутником Земли, одновременно решающим задачи изучения природных ресурсов, контроля состояния окружающей среды, исследования параметров атмосферы и мирового океана, гелиогеофизического и гидрометеорологического обеспечения. Заказчиками КА являлись Российское авиационно-космическое агентство Росавиакосмос) и Федеральная служба России по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды Росгидромет). Разработчиком - изготовителем является Научно - исследовательский институт электромеханики НИИЭМ). Управление полетом КА осуществляется из Центра управления полетами и моделирования (ЦУП-М), город Королев Московской области. Получены космические снимки высокого качества. С использованием сканирующего устройства высокого пространственного разрешения были получены изображения отдельных регионов России. В настоящее время от многочисленных российских и зарубежных потребителей продолжают поступать заявки на различные виды целевой информации.

Статья в формате PDF

165 KB

1. Состав и задачи научно - измерительной аппаратуры.

Научно - измерительная аппаратура по своему назначению подразделяется на три части:

1. Видеоинформационный природно - р­есурсный комплекс, предназначенный для получения изображений земной поверхности высокого и среднего пространственного разрешения. На базе этой информации решаются задачи приро­допользования, изучения природных ресурсов, обнаружения и контроля чрезвычайных ситуаций и т.п.
2. Комплекс научной аппаратуры, включающий следующие приборы. Микроволновые многоканальные сканирующие радиометры, служащие для всепогодного зондирования атмо­сферы и определения параметров Мирового океана. Аппаратура гелиогеофизического обес­печения, предназначенная для мониторинга па­раметров околоземного космического простран­ства. По согласованию между Росавиакосмосом и НАСА (США) установлена американская аппа­ратура «Сейдж-3», предназначенная для опреде­ления характеристик аэрозоля и содержания ма­лых газовых примесей в атмосфере.
3. Комплекс метеорологической аппаратуры, задачами которого является получение информации в интересах гидрометеорологического обеспечения ряда регионов России и зарубежных стран.

КА функционирует на круговой солнечно -синхронной орбите высотой 1018 км и наклонением 99,64°. Орбита постоянно ориентирована относительно Солнца, чем достигаются наиболее благоприятные условия освещенности при съем­ках районов. Трасса движения КА является изо-маршрутной: каждые трое суток (41 виток) КА пролетает над одними и теми же районами Зем­ли.

К основным задачам программы управления КА относятся:

• изучение природных ресурсов, контроля состояния окружающей среды;
• осуществление экологического мониторин­га, контроля чрезвычайных ситуаций;
• получение многозональных изображений земной поверхности высокого и среднего пространственного разрешения;
• осуществление всепогодного зондирования атмосферы и определение параметров океана;
• контроль и прогноз радиационной обстановки в околоземном космическом пространстве;
• прогноз условий распространения радио­ волн; 
• контроль и диагностика магнитосферы и ионосферы;
• гидрометеорологическое и гелиогеофизи-ческое обеспечение, мониторинг системы «оке­ан-атмосфера»;
• обеспечение получения, запоминания и пе­редачи на наземные приемные пункты данных об облачном покрытии Земли, границах снежного и ледового покровов, температуры морской поверхности и облаков;
• проведение озонометрических исследова­ний.

2. Кооперация участников управления КА.

Согласно концепции Росавиакосмоса, задачи управления КА научного и социально - экономического назначения (НСЭН), в том числе и КА «Метеор-3М» возложены на ЦУП-М. В ЦУП-М созданы и неоднократно апробированы техниче­ские и программные средства, подготовлены квалифицированные специалисты, организована надежная связь со многими российскими и зару­бежными организациями.

Для выполнения программы полета КА «Ме-теор-3М» создана Главная оперативная группа управления (ГОГУ). Функции руководителя и заместителей руководителя полета, сменных ру­ководителей полета, руководителей групп пла­нирования и анализа возложены на специалистов ЦУП-М.

Техническое руководство полетом обеспечивается специалистами НИИ ЭМ. НИИ ЭМ - ведущее предприятие в России по созданию КА серии «Метеор». Изготовлено и запущено 35 КА этой серии на них были успешно реализованы   международные проекты с участием СШ А ( ТОМС), Франции (СКАРАБ), Болгарии (Болгария - 1300), Германии (ПРАРЕ, Тубсат), Италии (Темисат). На территории НИИ ЭМ создан Сектор Главного конструктора, обеспечивающий взаимодействие с ЦУП-М на всех этапах управления и эксплуатации КА.

В кооперацию по управлению КА также входят:

• Центр космических наблюдений Росавиакосмоса - Главный Оператор космической сис­темы, обеспечивающий взаимодействие с потре­бителями космической информации, с центрами и станциями приема информации;
• Научно - исследовательский центр «Планета», обеспечивающий прием, обработку и архи­вацию научно - исследовательской информации;
• Научно - исследовательский институт Точных приборов - Главный конструктор Наземного комплекса управления, обеспечивающий взаи­модействие ЦУП -М со станциями слежения КА, находящимися на территории РФ;
• Институт прикладной геофизики, обеспечивающий специальную обработку и использо­вание данных гелиогеофизических измерений;
• Центральная аэрологическая обсерватория, обеспечивающая обработку данных, получаемых с прибора «Сейдж-3»;
• Исследовательский центр им. Ленгли (США), обеспечивающий разработку и выдачу в ЦУП-М исходных данных для управления при­ бором «Сейдж-3».

Общая схема взаимодействия ЦУП-М с российскими организациями, представлена на рис.1.

3. Основные задачи управления полетом.

Для обеспечения эксплуатации КА по целевому применению персонал управления решает следующие задачи:

• составление долгосрочных планов полета;
• реализация программ сеансов связи с КА. Программы включают в себя списки разовых команд немедленного исполнения и программные команды, отрабатываемые бортовой маши­ной в заранее определенное время. Пр о граммы составляются на основе исходных данных Глав­ного конструктора, программ заявок Главного оператора, командных листов от Центра им. Ленгли США;
• оперативный анализ работоспособности бортовой аппаратуры по данным телеметриче­ской информации, включая выработку рекомен­даций по выдаче командных воздействий на КА при возникновении нештатных ситуаций;
• детальный анализ работоспособности бор­товой аппаратуры с целью выявления тенденций и особенностей функционирования приборов. Это дает возможность скорректировать про­грамму управления с целью обеспечения более эффективного получения целевой информации;
• баллистико - навигационное обеспечение управления КА;
• командно - программное обеспечение управления КА;
• телеметрическое обеспечение управления КА;
• информационное взаимодействие ЦУП - М с организациями, участвующими в управлении КА.

Качественное выполнение задач управления КА позволило с максимальной эффективностью реализовать программу включения бортовой ап­паратуры, оперативно получить целевую инфор­мацию и довести ее до потребителей.

4. Принципы построения аппаратно - программных средств ЦУП.

Для обеспечения управления КА в ЦУП-М созданы высокотехнологичные аппаратно - программные средства. При этом была реализована направленность на достижение следующих це­лей.

1. Оперативность выполнения функций управления. Это было достигнуто использовани­
   ем параллельного решения задач управления. Вычислительный сервер выполнял только функ­ции базы данных о полетной информации, а все функциональные задачи параллельно решались на персональных компьютерах.
2. Надежность решения задач управления. При этом использовался принцип горячего ре­зервирования. В случаях неисправностей сервера или компьютеров решение задач автоматически переводится на резервные средства без инфор­мационных и временных потерь.
3. Информационная безопасность вычисли­тельного процесса. Для этого применялись как программные (fair woll), так и аппаратные сред­ства защиты информации (минимизация доступа входной информации через внешние устройст­ва).
4. Рентабельность эксплуатации аппаратно -программных средств. Обеспечивается за счет создания достаточно значительной универсаль­ной составляющей средств, которые могут при­меняться при управлении практически любым КА. При этом переменная составляющая часть средств дорабатывается с учетом специфики управления каждым конкретным КА. Это позво­ляет минимизировать затраты на создание аппаратно - программных средств для управления каждым последующим КА.

5. Особенности управления КА

В процессе полета КА ГОГУ столкнулась с необходимостью оперативной коррекции программно-математического обеспечения и техно­логии управления.

1) В связи с отсутствием работоспособности бортовой аппаратуры спутниковой навигации
(БАСН) разработана новая технология баллистико-навигационного обеспечения работы прибора «Сейдж-3». Суть ее заключается в следующем:

• еженедельно из ЦУП-М в Центр им. Ленг-ли выдается баллистическая информация о со­стоянии движения КА;
• на ее основе в Центре им. Ленгли модели­руются вектор состояния в формате GPS/GLONASS и выдается в ЦУП-М;
• в ЦУП-М формируются информационные массивы командно-программной информации, включающая данные о смоделированном векторе GPS/GLONASS;
• после согласования содержание массивов с НИИ ЭМ командно-программная информация закладывается на борт КА и используется при проведении экспериментов с прибором «Сейдж-3».

2) На начальном этапе управления КА за­фиксирована выдача несанкционированной команды на включение передатчика научной ин­формации. Для устранения негативных послед­ствий выдачи таких команд специалистами ЦУП-М и НИИ ЭМ разработаны и заложены на борт КА циклограммы «Сторож». Эти цикло­граммы обеспечивают профилактическую выда­чу команд для периодического отключения ос­новных узлов бортовой аппаратуры.

3) Было зафиксировано существенное систе­матическое рассогласование бортовой и наземной шкал времени (БШВ и НШВ). Для расчета скорректированных значений БШВ использова­лось разработанное ЦУП-М совместно с НИИ ТП программно-математическое обеспечение.

6. Основные итоги управления КА

К моменту завершения трехлетнего срока эксплуатации КА совершил более 20000 витков вокруг Земли, в течение этого срока проведено 1100 сеансов связи по командной радиолинии и 3340 телеметрических сеансов. Осуществлено около 11500 сеансов передачи целевой информа­ции, в том числе 5800 сеансов с использованием прибора «Сейдж-3», 650 сеансов с другими при­борами научного комплекса, 5700 с применением видеоинформационного природно-ресурсного комплекса. Получены космические снимки высокого качества. С использованием сканирующе­го устройства высокого пространственного раз­решения были получены изображения отдельных регионов России (см. рис. 2, 3). Это дало воз­можность эффективно и непрерывно контролировать созревания сельскохозяйственных куль­тур и точно определять сроки агротехнических работ, картировать типы почв, определять их со­стояние. Полученная информация также находит применение при наблюдении за экологическими процессами в окружающей среде, судовождении, рыболовстве и во многих других социально-экономических областях.

В настоящее время от многочисленных рос­сийских и зарубежных потребителей продолжа­ют поступать заявки на различные виды целевой информации.

Рисунок 2. Сканированное изображение регионов России

Рисунок 3. Сканированное изображение регионов России

Библиографическая ссылка