Scientific journal
Modern problems of science and education
ISSN 2070-7428
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,940

ABOUT USE OF A SPACE VEHICLE «METEOR

Удалой В.А., Соколов Н.Л., Журавлев В.К.
The four -year period of the active orbital lifetime of the “Meteor-3M” spacecraft is over. Meteor-3M was orbit-inserted on December 10, 2001 by Zenit-2 SLV from the Baikonour launch site. The space vehicle is a multi-purpose earth artificial satellite simultaneously fulfilling the tasks of natural resources exploration, environment monitoring, study of atmosphere and world ocean parameters, helio-physical and hydrometeorological support. The Russian Aviation & Space Agency (Rosaviakosmos) and the Federal Service for Hydrometeorology and Environment Monitoring were the S/C Customers. The Reseach Institute of Electrjmechanics was the Contractor. The spacecraft was controlled in flight by the Mission Control and Modeling Center (TsUP - M) located in the city of Korolev, Moscow region. High quality space imagery was acquired. Using the high spatial resolution scanner images of some areas of Russia were obtained. Currently many Russian and foreign users continue to send applications for various types of dedicated information.

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.

p

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.

p

Рисунок 2. Сканированное изображение регионов России

p

Рисунок 3. Сканированное изображение регионов России