Завтра весь мир празднует День космонавтики. 12 апреля 1961 года Советский союз впервые в истории запустил пилотируемый корабль на борту которого был Юрий Гагарин. Сегодня мы покажем, как с космодрома "Байконур" в конце 2011 года с помощью ракетоносителя “Протон-М” был запущен второй казахстанский телекоммуникационный спутник “КазСат-2” (KazSat-2). Как аппарат был запущен на орбиту, в каком он состоянии, как и откуда производится его управление? Об этом мы узнаем в этом фоторепортаже.
1. 12-е июля 2011-го года. Cамую тяжелую российскую ракету космического назначения “Протон-М” с казахстанским спутником связи №2 и американским SES-3 (OS-2) вывозят на стартовую позицию. “Протон-М” запускают только с космодрома “Байконур”. Именно здесь существует необходимая инфраструктура для обслуживания этой сложнейшей ракетно-космической системы. Российская сторона, а именно производитель аппарата, космический центр имени Хруничева, гарантирует, что “КазСат-2” прослужит не менее 12-ти лет.
С момента подписания договора о создании спутника проект несколько раз перерабатывался, а сам запуск откладывался, по меньшей мере, три раза. В результате “КазСат-2” получил принципиально новую элементную базу и новый алгоритм управления. Но самое главное, на спутнике были смонтированы новейшие и очень надежные навигационные приборы, производства французского концерна ASTRIUM.
Это гироскопический измеритель вектора угловой скорости и астродатчики. С помощью астродатчиков спутник ориентирует себя в пространстве по звездам. Именно отказ навигационного оборудования привел к тому, что первый “КазСат” был фактически потерян в 2008-м году, что почти вызвало международный скандал.
2. Путь ракеты с подключенными к ней системами энергоснабжения и термостатирования головной части, где расположены разгонный блок “Бриз-М” и спутники занимает около 3-х часов. Скорость движения специального железнодорожного состава 5-7 километров в час, состав обслуживает команда специально подготовленных машинистов.
Еще одна группа сотрудников службы безопасности космодрома осматривает железнодорожные пути. Малейшая не расчетная нагрузка может повредить ракету. В отличие от своего предшественника, “КазСат” стал более энергоемким.
Количество передатчиков увеличилось до 16-ти. На “КазСате-1” их было 12. А суммарная мощность транспондеров увеличена до 4 с половиной киловатт. Это позволит прокачивать на порядок больше всевозможных данных. Все эти изменения отразились на стоимости аппарата. Она составила 115 миллионов долларов. Первый аппарат обошелся Казахстану в 65 миллионов.
3. За всем происходящим спокойно наблюдают обитатели местной степи. Корабли пустыни)
4. Размеры и возможности этой ракеты на самом деле поражают воображение. Ее длина составляет 58,2 метра, масса в заправленном состоянии 705 тонн. На старте тяга 6-ти двигателей первой ступени ракетоносителя составляет около 1 тыс. тонн. Это позволяет выводить на опорную околоземную орбиту объекты массой до 25-ти тонн, а на высокую геостационарную (30 тыс. км. от поверхности Земли)- до 5-ти тонн. Поэтому “Протон-М” незаменим, когда речь идет о запуске телекоммуникационных спутников.
Двух одинаковых космических аппаратов просто не бывает, потому что каждый космический аппарат - это совершенно новые технологии. За короткий период, бывает так, что приходится менять совершенно новые элементы. В “КазCате-2” применены те новые передовые технологии, которые на тот момент уже были. Была поставлена часть оборудования европейского производства, в части той, где у нас были отказы на “КазСат-1”. Я думаю, что оборудование, которое у нас сейчас работает на “КазСат-2” должно показать хорошие результаты. Оно имеет достаточно хорошую летную историю
5. На космодроме в настоящее время имеются 4 стартовые позиции для ракетоносителя “Протон”. Однако, только 3 из них, на площадках № 81 и № 200 находятся в рабочем состоянии. Ранее пусками этой ракеты занимались только военные из-за того, что работа с токсичным топливом требовала жесткого командного руководства. Сегодня комплекс демилитаризирован, хотя в составе боевых расчетов очень много бывших военных, снявших погоны.
Орбитальная позиция второго “КазСата” стала намного удобнее для работы. Это 86 с половиной градусов восточной долготы. Зона покрытия включает всю территорию Казахстана, часть Центральной Азии и России.
6. Закаты на космодроме “Байконур” исключительно технологические! Массивная конструкция чуть правее центра снимка - это “Протон-М” с подведенной к нему фермой обслуживания. С момента вывоза ракеты на стартовую позицию площадки № 200, и до момента старта проходит 4 суток. Все это время проводится подготовка и тестирование систем “Протона-М”. Примерно за 12 часов до старта проводится заседание государственной комиссии, которая дает разрешение на заправку ракеты топливом. Заправка начинается за 6 часов до старта. С этого момента все операции становятся необратимыми.
7. Какую же выгоду получает наша страна обладая собственным спутником связи? Прежде всего - это решение проблемы информационного обеспечения Казахстана. Свой спутник поможет расширить спектр информационных услуг для всего населения страны. Это услуга электронного правительства, интернета, мобильной связи. Самое главное, что казахстанский спутник позволит частично отказаться от услуг иностранных телекоммуникационных компаний, предоставляющих нашим оператором услуги по ретрансляции. Речь идет о десятках миллионов долларов, которые будут теперь уходить не за рубеж, а поступать в бюджет страны.
Виктор Лефтер, президент Республиканского центра космической связи:
Казахстан имеет достаточно большую территорию, по сравнению с другими странами. И надо понимать, что в каждый населенный пункт, в каждую деревенскую, сельскую школу мы не сможем подать те услуги связи, которые ограничены средствами кабельных и других систем. Космический аппарат решает эту проблему. Практически закрывается вся территория. Более того, не только территория Казахстана, но и часть территории соседних государств. И спутник - это стабильная возможность обеспечения связью
8. Различные модификации ракетоносителя “Протон” эксплуатируются с 1967-го года. Его главным конструктором был академик Владимир Челомей и его КБ (в настоящее время - КБ «Салют», филиал ГКНПЦ им. М.В.Хруничева). Можно смело утверждать, что все впечатляющие советские проекты по освоению околоземного пространства и изучению объектов Солнечной системы были бы неосуществимы без этой ракеты. Кроме того, “Протон” отличается очень высокой для техники подобного уровня надежностью: за все время его эксплуатации было произведено 370 пусков, из них 44 - неудачные.
9. Единственный и главный недостаток “Протона” - это крайне токсичные компоненты топлива: несимметричный диметилгидразин (НДМГ), или как его еще называют "гептил" и азотный тетраоксид ("амил"). В местах падения первой ступени (это территории в районе города Джезказгана), происходит загрязнение окружающей среды, что требует проведения дорогостоящих операций по ее очистке.
Ситуация серьезно усугубилась в начале 2000-х, когда произошло подряд три аварии ракетоносителя. Это вызвало крайнее недовольство властей Казахстана, потребовавших от российской стороны больших компенсаций. С 2001-го года старые модификации ракетоносителя были заменены на модернизированный “Протон-М”. В нем стоит цифровая система управления, а также система стравливания не сгоревших остатков топлива в верхних слоях ионосферы.
Таким образом, удалось существенно снизить ущерб для окружающей среды. Кроме того, разработан, но пока еще остается на бумаге проект экологически безопасного ракетоносителя “Ангара”, который использует в качестве компонентов топлива керосин и кислород, и который должен постепенно заменить “Протон-М”. Кстати, комплекс ракетоносителя “Ангара”на “Байконуре” будет называться “Байтерек” (в переводе с казахского “Тополь”.)
10. Именно надежность ракеты в свое время привлекла американцев. В 90-х годах было создано совместное предприятие ILS, которое позиционировало ракету на американском рынке телекоммуникационных систем. Сегодня большинство американских спутников связи гражданского назначения запускаются “Протоном-М” с космодрома в казахстанской степи. Американский SES-3 (принадлежащий компании SES WORLD SKIES), который находится в головной части ракеты вместе с казахстанским “КазСатом-2” - один из множества запускаемых с “Байконура”.
11. Кроме российского и американского флагов, на ракете размещен казахстанский а также эмблема Республиканского центра космической связи - организации, которая сегодня владеет и управляет спутником.
12. 16 июля 2011-го года 5 часов 16 минут и 10 секунд утра. Кульминационный момент. К счастью, все проходит благополучно.
13. Через 3 месяца после запуска. Молодые специалисты - ведущий инженер отдела управления спутником Бекболот Азаев, а также его коллеги инженеры Римма Кожевникова и Асылбек Абдрахманов. Вот эти ребята и управляют “КазСатом-2”.
14. Акмолинская область. Небольшой, и до 2006-го года ничем не примечательный районный центр Акколь получил широкую известность 5 лет назад, когда здесь построили первый в стране ЦУП - центр управления полетами орбитальных спутников. Октябрь здесь холодный, ветреный и дождливый, однако именно сейчас наступает самая горячая пора для тех людей, которые должны придать спутнику “КазСат-2” статус полноценного и важного сегмента казахстанской телекоммуникационной инфраструктуры.
15. После потери первого спутника в 2008-м году в Аккольском центре космической связи была проведена серьезная модернизация. Она позволяет уже сейчас управлять сразу двумя аппаратами.
Бауржан Кудабаев, вице-президент Республиканского центра космической связи:
Было установлено специальное программное обеспечение, поставлено новое оборудование. Перед вами стойка командно-измерительной системы. Это поставка американской фирмы Vertex, как и было на “КазСат-1”, но уже новой модификации, улучшенная версия. Применены разработки компании “Российские космические системы”. Т.е. это все - разработки сегодняшнего дня. Новые программы, оборудование элементная база. Все это улучшает работу с нашим космическим аппаратом
16. Дархан Марал, начальник центра управления полетом на рабочем месте. В 2011-м в Центр пришли молодые специалисты, выпускники российских и казахстанских вузов. Их уже научили работать, и как утверждают в руководстве РЦКС, с кадровым пополнением проблем нет. В 2008-м ситуация была намного печальнее. После потери первого спутника, значительная часть высокообразованных людей покинула центр.
17. Октябрь 2011-го был еще одним кульминационным моментом в работе над казахстанским спутником. Завершились его летно-конструкторские испытания, и начались так называемые зачетные испытания. Т.е. это был как бы экзамен для производителя на функциональность спутника. Происходило все следующим образом. На “КазСат-2” подняли телевизионный сигнал.
Затем несколько групп специалистов отправились в разные регионы Казахстана и замеряли параметры этого сигнала, т.е. насколько корректно сигнал ретранслирует спутник. Замечаний не возникло, и в конце концов специальная комиссия приняла акт о передаче спутника казахстанской стороне. С этого момента эксплуатацией аппарата занимаются казахстанские специалисты.
18. До конца ноября 2011-го в космическом центре “Акколь” работала большая группа российских специалистов. Они представляли субподрядные организации по проекту “КазСат-2”. Это ведущие компании российской космической отрасли: Центр им. Хруничева, который разработал и построил спутник, конструкторское бюро “Марс”(оно специализируется в области навигации орбитальных спутников), а также корпорация “Российские космические системы”, разрабатывающая программное обеспечение.
Вся система делится на две составляющие. Это, собственно, сам спутник и наземная инфраструктура управления. По технологии сначала подрядчик должен продемонстрировать работоспособность системы - это монтаж оборудования, его отладка, демонстрация функциональных возможностей. После всех процедур - обучение казахстанских специалистов.
19. Центр космической связи в Акколе - это одно из немногих мест в нашей стране, где сложилась благоприятная электромагнитная обстановка. На многие десятки километров вокруг здесь отсутствуют источники излучения. Они могут создать помехи и помешать управлению спутником. 10 больших параболических антенн направлены в небо в одну единственную точку. Там на большом расстоянии от поверхности Земли - это более 36-ти тысяч километров висит небольшой рукотворный объект - казахстанский спутник связи “КазСат-2”.
Большинство современных спутников связи геостационарные. Т.е. их орбита построена таким образом, что как бы зависает над одной географической точкой, и вращение Земли практически не оказывает на эту стабильную позицию никакого влияния. Это позволяет с помощью бортового ретранслятора прокачивать большие объемы информации, уверенно принимать эту информацию в зоне покрытия на Земле.
20. Еще одна любопытная деталь. По международным правилам допустимое отклонение спутника от точки стояния может составлять максимум пол-градуса. Для специалистов ЦУПа -удержать аппарат в заданных параметрах - ювелирная работа, требующая высочайшей квалификации специалистов-баллистиков. В центре будет работать 69 человек, из них 36 - это технические специалисты.
21. Вот это и есть главный пульт управления. На стене большой монитор, куда стекается вся телеметрия, на полукруглом столе несколько компьютеров, телефоны. Вроде бы все очень просто…
23. Виктор Лефтер, президент Республиканского центра космической связи:
- Мы будем расширять казахстанскую флотилию до 3-х, 4-х, а возможно даже - до 5-ти cпутников. Т.е. чтобы была постоянна замена аппаратов, резерв был, и чтобы наши операторы не испытывали такой острой необходимости использовать изделия других государств. Чтобы мы были обеспечены своими резервами.”
24. В настоящее время резервирование управления спутником осуществляется из Москвы, где расположен космический центр им. Хруничева. Однако, Республиканский центр космической связи намерен резервировать полет c казахстанской территории. Для этого сейчас строится второй ЦУП. Он будет расположен в 30-ти километрах севернее Алматы.
25. В планах Национального космического агентства Казахстана предстоящий в 2013-м году запуск третьего спутника “КазСат-3”. Контракт на его разработку и производство был подписан в 2011-м году во Франции, на аэрокосмическом салоне в ле Бурже. Спутник для Казахстана строит НПО им.академика Решетнева, которое расположено в российском городе Красноярске.
26. Интерфейс оператора отдела управления. Так он выглядит сейчас.
На видео можно увидеть, как был запущен этот спутник.
Оригинал взят отсюда
Читайте наше сообщество также вконтакте, где огромный выбор видеосюжетов по тематике "как это сделано" и в фейсбуке.
Пожалуй, одно из самых красивых зрелищ с высоты 500 километров (а именно на таком расстоянии летает большинство спутников для съемки земной поверхности) – это восход Солнца. Сначала появляется неясная оранжевая дымка, которая с каждой секундой становится все ярче, пока наконец не начнет напоминать экзотический цветок с желтой серединкой. Затем его сменяет белый круг, который корейский поэт Пак Чивон когда-то метко окрестил «колесом повозки», – и наконец Солнце восходит. Увидеть весь процесс в деталях возможно благодаря стартапу «Ойкумена» – разработке сотрудников Национальной академии наук Дениса Волонцевича и Виталия Вяльцева.
Нарисовать закат
За красивым древнегреческим названием, что переводится как «земля обитаемая», скрывается компьютерная программа, которая суперреалистично воспроизводит, как может перемещаться спутник, ракета или космический зонд в пределах Солнечной системы. Словно в компьютерной игре, пользователям предлагается выбрать космический аппарат и отправиться вместе с ним в путешествие по орбите.
Главная фишка в том, что все выглядит максимально достоверно: компьютерный симулятор основан на точной модели Солнечной системы, где все планеты и спутники движутся по законам небесной механики. Чтобы добиться 100-процентной реалистичности, Денис Волонцевич и Виталий Вяльцев писали программу и работали над графикой больше пяти лет. Большинство изображений – это реальные кадры, сделанные космическими аппаратами, проводит экскурсию по программе Виталий:
– «Картинки» звезд брал из каталога Тихо. Кое-что из атмосферных эффектов нарисовал сам, например, сияние атмосферы – вот этот тонкий голубой пояс вокруг планеты. А вот восход и закат Солнца, модели спутников – это дело рук Дениса.
Пользователи, успевшие протестировать «Ойкумену», порой интересуются: почему в программе нет звука? На самом деле, добавить его несложно, но не нужно, ведь космос – это абсолютная тишина.
Джойстик для космонавта
Просто летать над планетой было бы скучно, поэтому Денис и Виталий сделали так, чтобы виртуальным космическим аппаратом можно было управлять. В их программе спутник умеет разгоняться и притормаживать, переходить на другую орбиту и поворачиваться нужной стороной. Он приводится в движение с помощью двух джойстиков. Один (обычный игровой) купили в магазине, другой Денис Волонцевич собрал сам:
– Такие шестипозиционные джойстики уникальны, они используются в американских шаттлах и российских «Союзах». На сборку ушло два месяца: что-то из «начинки» заказывал за границей, что-то покупал в строительных магазинах. Обратите внимание: джойстик переключается из одной позиции в другую очень туго. Так и должно быть, ведь изначально он предназначал ся для космонавтов, которые работают в перчатках и скафандре.
Замахнулись на Луну
Пользуясь возможностью, прошу дать «порулить» спутником и мне. Хватаюсь за джойстики и… сразу же теряю космический аппарат из вида.
– Аккуратнее, пожалуйста. Космос большой, потом не найдем, – шутит Виталий.
Управление спутником идет сразу по девяти направлениям: за шесть из них отвечает левый джойстик и еще за три – правый. Мозг закипает: это все равно что ехать в авто, где установлены два руля, пять педалей и две коробки передач.
Пролетев со спутником над Африкой, сдаюсь и передаю бразды правления разработчикам.
Сейчас, пока идет Международный космический конгресс, ребята надеются показать свой продукт опытным космонавтам, чтобы они оценили, насколько компьютерная картинка соответствует реальному виду из космоса.
Уникальную программу можно использовать в качестве интерактивного аттракциона в научных музеях. А если доработать и добавить модели пилотируемых кораблей, у «Ойкумены» есть все шансы стать тренажером для обучения будущих космонавтов, рассуждают ученые:
– Планов много. Например, хотим, чтобы пользователи могли перемещаться не только вокруг Земли, но и вокруг нашего естественного спутника. Если все получится, через год слетаем на Луну!
Спутниковые системы управления и контроля (ССУ и К) представляют собой совокупность радиотехнических средств контроля и управления движением и режимами работы бортовой аппаратуры ИСЗ и других космических аппаратов. СУ и К включает в себя наземные и бортовые радиотехнические средства.
Наземная часть состоит из сети командно-измерительных пунктов (КИП), координационно-вычислительного центра (КВЦ) и центрального пункта управления (ЦУП), связанных между собой линиями связи и передачи данных.
Сеть КИП необходима, во - первых потому, что зона видимости движущихся ИСЗ с одного КИП, расположенного на поверхности Земли, ограничена в пространстве и во времени, во-вторых – точность определения параметров движения ИСЗ с одного КИП недостаточна, чем больше независимых измерений будет проведено, тем выше точность. Непрерывное наблюдение за каждым ИСЗ требует использования сети из нескольких десятков КИП (некоторые из них могут располагаться на кораблях, самолетах, а также ИСЗ).
Поскольку команды управления и результаты измерений должны передаваться на большие расстояния в линиях связи применяются различные методы повышения помехоустойчивости. Эти методы можно разбить на 3 группы.
Первую группу составляют меры эксплуатационного характера, направленные на повышение качественных показателей каналов связи, используемых для передачи данных. К ним относятся: улучшение характеристик каналов; уменьшение количества возникающих в каналах импульсных помех, предотвращение прерываний и т.п.
Ко второй группе относятся меры, направленные на увеличение помехоустойчивости самих элементарных сигналов передачи данных, например такие, как:
Увеличение отношения сигнал/помеха за счет увеличения амплитуды сигнала;
Применение всевозможных методов накопления и разнесения сигналов;
Применение более помехоустойчивого вида модуляции и более совершенных методов демодуляции и регистрации элементарных сигналов (интегральный прием, синхронное детектирование, применение шумоподобных сигналов (ШПС) и т.п.)
Некоторые из этих методов обеспечивают увеличение помехоустойчивости ко всему комплексу помех (например, накопление, переход к другому виду модуляции, другие – к определенным видам помех. Например, ШПС и перемежение обеспечивают защиту от пакетов ошибок, но не повышают помехоустойчивость к независимым ошибкам.
К третьей группе мер по повышению достоверности цифровой информации, передаваемой по каналам связи, относятся различные методы, использующие информационную избыточность символов кода, отображающие передаваемые данные на входе и выходе дискретного канала (помехоустойчивое кодирование, переспрос и пр.). Реализация этих методов требует применение специальной аппаратуры:
Устройства защиты от ошибок (УЗО) – преобразования символов кода на входе и выходе канала связи.
По способу ввода избыточности выделяют:
УЗО с постоянной избыточностью, в которых используются корректирующие коды, обнаруживающие и исправляющие ошибки;
УЗО с переменной избыточностью, в которых используется обратная связь по встречному каналу;
Комбинированные УЗО, использующие обратную связь в сочетании с кодовыми и косвенными методами обнаружения и исправления ошибок.
В УЗО с переменной избыточностью определения ошибок производится либо путём применения корректирующих кодов, либо путём сравнения переданных и принятых по обратному каналу символов кода. Исправление ошибок происходит при повторной передаче искажённого или сомнительного кодового слова. В комбинированных УЗО часть ошибок или стираний исправляется за счёт постоянной избыточности кода, а другая часть только обнаруживается и исправляется повторной передачей.
Исправлением ошибок в УЗО с постоянной избыточностью можно достичь практически любых требуемых значений достоверности приёма, однако при этом корректирующий код должен иметь очень длинные кодовые блоки, что связанно с пакетированием ошибок с реальных каналах.
Наиболее широкое применение в системах передачи данных получили УЗО с обратной связью и комбинированные УЗО. Избыточность в прямом канале сравнительно невелика, так как. используется только для обнаружения ошибок или исправления ошибок малой кратности. При обнаружении ошибок избыточность увеличивается за счёт повторной передачи искажённых блоков данных.
На практике для обнаружения ошибок широкое применение нашли циклические коды, на которые разработаны как международные, так и отечественные стандарты. Наибольшее распространения получили циклический код с порождающим полиномом Этот код является циклическим вариантом расширенного когда Хемминга (добавлена общая проверка на чётность), его длина а кодовое расстояние d =4. Известно, что обнаруживающая способность кода растёт при увеличении кодового расстояния. Поэтому на каналах среднего и низкого качества следует применять коды с d >4, что при примерном сокращении максимальной длины кодовой комбинации, естественно, приводит к увеличению числа проверочных символов. Так разработанный стандарт рекомендует следующий порождающий полином , который задаёт циклический код БЧХ с минимальным кодовым расстоянием 6 и длиной не более бит. Широкое использование для обнаружения ошибок циклических кодов (Хемминга, БЧХ) во многом обусловлено простотой их реализации.
Всё сказанное выше касалось в основном использования кодов для обнаружения ошибок. Известно, что существенно улучшить характеристики метода передачи с переспросом можно введение в него исправления ошибок. Код в данном случае используется в режиме частичного исправления ошибок, а переспрос осуществляется при невозможности декодирования принятой последовательности.
В тех случаях, когда по тем или иным причинам нельзя создать канал обратной связи или задержка на переспрос недопустима, используется односторонние системы передачи данных с исправлением ошибок избыточными кодами. Такая система, в принципе, может обеспечить любое требуемое значение достоверности, однако при этом корректирующий код должен иметь очень длинные кодовые блоки. Это обстоятельство обусловлено тем, что в реальных каналах ошибки пакетируются, причем длины пакетов могут достигать больших значений. Чтобы исправить такие пакеты ошибок необходимо иметь блоки существенно большей длины.
В настоящее время известно большое количество кодов, исправляющих пакеты ошибок. Типичный подход состоит в решении этой задачи методами, которые позволяют исправить длинные пакеты ошибок за счёт не обнаружения некоторых комбинаций случайных ошибок. При этом применяются циклические коды, такие как коды Файра и декодеры типа декодера Меггита. Вместе с подходящим перемежением используются блоковые или свёрточные коды, исправляющие случайные ошибки. Кроме того, существуют методы, которые позволяют исправлять длинные пакеты в предложении, что между двумя пакетами имеется достаточно длинная зона свободная от ошибок.
В состав КИП обычно входят несколько командно – измерительных станций: приемных и передающих. Это могут быть мощные РЛС, предназначенные для обнаружения и наблюдения за “молчащими” ИСЗ. В зависимости от используемого частотного диапазона КИП могут иметь параболические и спиральные антенны, а также антенные системы, образующие синфазную антенную решетку для формирования необходимой ДНА.
Структурная схема типового КИП в составе одной передающей и нескольких приёмных станций показана на рисунке 4.7.
Принятое каждой антенной (А) высокочастотное колебание после усиления в приёмнике (ПР) поступает в аппаратуру разделения каналов (АРК), в которой разделяются сигналы троекратных измерений (РСТИ), радиотелеметрических измерений (РТИ), телевидения (СТВ) и радиотелефонной связи (СТФ). После обработки этих сигналов, содержащаяся в них информация поступает либо на вычислительный комплекс (ВМ), либо непосредственно на аппаратуру отображения и регистрации (АОРИ), откуда она транслируется на пункт управления (ПУ).
На ПУ формируются команды управления движением ИСЗ, которые через программно – временное устройство (ПВУ) и аппаратуру разделения каналов (АРК) передаются на соответствующий ИСЗ в моменты его радиовидимости с данного КИП (возможна передача и на другие КИП, в зоне видимости которых находятся ИСЗ).
Рисунок 4.7 - Структурная схема типового КИП
Кроме того, данные в ЦВМ и АОРИ передаётся по линии передачи данных (ЛПД), на координатно-вычислительный центр ССУ и К. Для привязки работы КИП к системе единого времени в его состав входит местный пункт этой системы (МП), специальное приёмное устройство которого принимает сигналы точного времени.
Структурная схема бортовой аппаратуры ИСЗ показана на рисунок 4.8.
Рисунок 4.8 - Структурная схема бортовой аппаратуры ИСЗ
Бортовая аппаратура ИСЗ содержит приёмо-передающие устройство (П и ПР) и антенное устройство (АУ) с антенным переключателем (АП). АУ может состоять из нескольких направленных и ненаправленных антенн.
Важнейшим элементом аппаратуры ИСЗ является бортовая ЭВМ, в которую поступают как сигналы с аппаратуры разделения каналов (АРК) системы передачи команд (СПК), так и от всех датчиков системы телеметрических изменений (РТИ). В бортовой ЭВМ формируются команды для системы траекторных измерений (РСТИ), системы РТИ и системы радиоуправления (СРУ). Бортовые радиомаяки входят в состав системы траекторных измерений (РСТИ), сигналы которой через бортовую аппаратуру разделения каналов (БРК) поступает на бортовые передатчики (П).
Временная шкала ИСЗ и всех наземных КИП согласуется с помощью бортового эталона времени (БЭВ), который периодически сверяется с наземной системой единого времени.
На этапе коррекции орбиты функции РСТИ зависят от принятого метода управления ИСЗ. При корректирующем методе рассчитываются новые параметры орбиты, а затем расчетный момент времени включают бортовые корректирующие двигатели, при следящем методе управления результаты траекторных измерений немедленно используются для расчёта текущих отклонений фактических координат ИСЗ и его скорости (возможно и ориентации) от требуемых и производятся коррекция рассчитанных параметров в течении всего манёвра. Следящие управление используется там, где требуется высокая точность маневрирования.
В траекторных измерениях используется те же методы измерения наклонной дальности, радиальной скорости и угловых координат, что и в радионавигационных системах (раздел 2) или системах управления движение (раздел 3).
Основная особенность бортовой аппаратуры ИСЗ – совмещение радиотехнических систем в целях снижения её массы, уменьшения габаритов, повышение надёжности и упрощения. Совмещаются системы траекторных измерений с телевизионной и телеметрической системами, системы радиоуправления с системами связи и пр. При этом накладывается дополнительные ограничения на выбор методов модуляции и кодирования в каналах различных систем, позволяющие разделить соответствующие потоки информации.
Рассмотрим структуру современных бортовых систем радиотелеметрических и траекторных измерений и особенности их работы в совмещенных радиолиниях.
Структурная схема бортовой аппаратуры (РТИ) показана на рисунке 4.9.
РТИ представляет собой многоканальную информационно-измерительную систему, в которую входят большое число источников первичной информаций (ИЛИ) и соответствующее число датчиков – преобразователей (Д). В качестве таких датчиков используется различные преобразователи неэлектрических величин в электрические (в форме, удобной для обработки и хранения): например, параметрические датчики, к которым относятся резистивные, емкостные, магнитно-упругие, электростатические и др. Из резистивных преобразователей обычно используются потенциометрические, тензометрические и терморезисторные. С помощью таких датчиков можно измерять линейные и угловые перемещения, упругую деформацию различных элементов конструкции ИСЗ, температуру и т.д.
Рисунок 4.9- Структурная схема бортовой аппаратуры РТИ
Применение аналого-цифровых преобразователей (АЦП) позволяет сразу получить измеренную информацию в цифровом виде и направить в ЭВМ или запоминающие устройство (ЗУ). Для защиты информации от внутренних помех и сбоев в УПИ (устройство первичной обработки информации) производиться помехоустойчивое кодирование и вводятся колибрационные сигналы (ИКС) и метки времени от БЭВ для идентификации сигнала каждого датчика.
Для обмена информацией между элементами системы РТИ используется единая шина данных, что обеспечивает большую гибкость управления внутри системы и совмещенных систем. В составе РТИ используется также бортовое устройство сопряжения (БУС), обеспечивающее сопряжение всех элементов РТИ по форматам данных, скости передачи порядку подключения и прочее. БУС работает совместно с АРК, формирующей цифровой сигнал для передатчика (П).
Внутренний комплекс управления, структура которого показаны на рисунок 4.10, также использует общую шину данных, ЭВМ, ЗУ и БЭВ.
Рисунок 4.10 - Внутренний комплекс управления
Бортовой комплекс управления (БКУ) составляет часть автоматизированной системы управления ИСЗ. В соответствии с программой ЭВМ БКУ по командам с Земли управляет перемещением ИСЗ по орбите, переключает режимы работы бортовой аппаратуры, заменяет отказавшие блоки и т.п. В автономном режиме БКУ контролирует ориентацию ИСЗ и по сигналам датчиков ориентации (ДО) стабилизирует положение ИСЗ в пространстве.
Принятый сигнал усиливается в приемнике (Пр), после демодуляции групповой сигнал поступает на АКР, в котором выделяются сигналы: системы управления блоками аппаратуры (СУБ), системы разделения и передачи команд управления средствами изменения положения ИСЗ (АРК СПК). Каждой команде присваивается адрес, величина и время исполнения; адрес указывает объект управления: СП – средства перемещения ИСЗ; СК – средства коррекции ориентации ИСЗ и т.п.
Наиболее важным для ИСЗ являются команды на изменение его орбиты; ориентации относительно Земли или Солнца и его стабилизации относительно этих направлений. Точность ориентации определяется назначением ИСЗ. Для ИСЗ с широкой ДНА допустима погрешность 5 ÷ 7, с узкой ДНА – 1 ÷ 3 градуса; при этом потенциальная точность средств ориентации может быть очень высока (до долей угловых секунд), например, для межпланетных станций.
Высокое качество передачи командной информации достигается помехоустойчивым кодированием и обратной связью: прием каждой команды подтверждается по обратному каналу ИСЗ – КИП.
В радиоканале КИП – ИСЗ (Земля – ИСЗ) передача командной информации совмещается с сигналами управления бортовой аппаратуры и сигналами запроса телеметрической информации; в радиоканале ИСЗ – Земля совмещаются: информационный канал, по которому идет передача телеметрической и коммерческой информации, канал обратной связи и обратный измерительный канал. Для синхронизации сигналов в совмещенных радиосистемах по одному из радиоканалов передаются специальные синхропоследовательности, вид которых зависит от применяемого способа разделения каналов.
Для разделения каналов может использоваться АКР с временным разделением (ВКР), частотным разделением (ЧКР), кодовым разделением (КРК) и комбинированным разделением каналов.
При КРК каждому каналу отводится временной интервал, как это имеет место при ВРК, однако сигналы таких каналов передаются в любой последовательности в выделенной для них полосе частот, благодаря тому, что каждый блок данных содержит информационную и адресную составляющие. Системы КРК имеют более высокую помехоустойчивость, но их пропускная способность меньше, чем при ВРК или ЧРК.
Учитывая многофункциональность систем ССУ и К и структурную неоднородность передаваемых сигналов, в радиоканалах ИСЗ – Земля и обратно используются сложные виды модуляции ШИМ – ЧМ, КИМ – ЧМ – ФМ, ИМ – ФМ – ФМ (при временном разделении каналов – ВРК) и АМ – ЧМ, ЧМ – ФМ, ЧМ – АМ (при частотном разделении каналов – ЧРК).
Поскольку каналы системы управления и контроля совмещаются с коммерческими каналами спутниковой системы связи или с каналами научной информации спутниковых систем специального назначения, в качестве несущих в радиоканалах используется тот же диапазон частот: от сотен МГц до десятков ГГц.
Забудь про встроенный в автомобиль телефон. Если все в 2011 году пойдет по
плану, группа британских ученых запустит смартфон на базе операционной системы
Android в "бесконечность и еще дальше".
Исследователи в University of Surrey и Surrey Satellite Technology Limited (SSTL)
в Англии разрабатывают спутник на основе Android для его запуска на близкую к
Земле орбиту.
Названный Strand-1 (Surrey Training, Research and Nanosatellite Demonstrator),
11.8-дюймовый спутник сфотографирует Землю в ходе миссии, которая начнется позже
в этом году. В электронную аппаратуру управления включены "внутренности"
смартфона на основе Android.
С помощью Strand-1 исследователи SSTL хотят показать возможности спутника,
пользуясь при этом в первую очередь сравнительно недорогими имеющимися в продаже
элементами.
"Затраты удивительны", - сказал Wired.com концепт-инженер миссии Шон Кенйон.
"Если эти телефоны выдержат экстремальную среду космоса, даже страшно подумать,
что мы сможем использовать недорогие мобильные устройства в изготовлении
спутников".
Это не первый раз, когда ученые запускают телефоны на борту ракет. В прошлом
году исследователи NASA Ames Research Center в качестве эксперимента послали
пару телефонов HTC Nexus One на 30 000 футов в атмосферу, прикрепляя каждый из
телефонов в качестве груза внутри маленькой ракеты. Один телефон "накрылся"
после того, как парашют ракеты не раскрылся, а второй вернулся целым и
невредимым и содержал в себе более двух с половиной часов записанного видео на
его камеру с разрешением 720х480.
Стоимость – большая мотивация для этого эксперимента. Многие из стандартных
функций, присущих современным смартфонам – камеры, GPS навигация, доступ к Wi-Fi
– являются также функциями спутников. Но использование компонентов смартфонов
приведет к снижению размера, веса и стоимости спутников – по сравнение с теми,
которые используются в космической индустрии.
"Мы хотим увидеть, смогут ли смартфоны выжить там", - сказал Кенйон. "И мы
будем наблюдать за тем, как сенсоры телефона – такие, как акселерометр, например
- ведут себя в условиях полета в космос".
Первоначально SSTL запустят спутник с питанием от бортового компьютера,
который будет судить о том, что происходит с жизненно важными частями телефона и
наблюдать за неполадками в оборудовании телефона. После того, как будут собраны
данные о функционировании телефона, компьютер будет выключен и телефон будет
использоваться для контроля различных частей спутника.
SSTL не разгласят имя производителя или модель телефона, но они сказали, что
телефон должен работать на базе операционной системы Android.
SSTL построили и запустили 34 спутника с тех пор, как компания была основана
в 1981 году. Компания специализируется на маленьких, немного стоящих спутниках,
которые часто стоят намного меньше, чем те, с которыми ассоциируется полет в
космос. В прошлом компания работала над программами развития и тренировки для
NASA и European Space Agency. Проект смартфона-спутника проводится в
сотрудничестве с Surrey Space Center в University of Surrey.
SSTL надеется запустить спутник до конца 2011 года.
13.07.2018, Пт, 17:50, Мск , Текст: Валерия Шмырова
Российские инженеры и ученые успешно протестировали методику управления орбитальными спутниками через систему спутниковой связи «Глобалстар». Поскольку подключиться к системе можно через интернет, спутниками можно управлять из любой точки земного шара.
Управление спутником по интернету
Холдинг «Российские космические системы» госкорпорации «Роскосмос» разработал методику управления малыми космическими аппаратами через интернет, которую авторы проекта называют «уникальной». Методика тестировалась на спутнике ТНС-0 №2, который сейчас находится на орбите Земли. Напомним, это первый российский наноспутник, запущенный в космос.
На борту ТНС-0 №2 установлен модем системы спутниковой связи «Глобалстар», который обеспечивает передачу данных в обе стороны. Отсылая по «Глобалстар» команды на модем, можно управлять спутником. Поскольку к системе можно подключиться через интернет, то ТНС-0 №2 в результате можно управлять из любой точки планеты, где есть доступ ко всемирной паутине.
Управление осуществляется через программу «Виртуальный ЦУП», загруженную в облако. К программе может подключаться множество пользователей одновременно, что обеспечивает возможность совместного управления спутником. В результате, если у пользователя в какой-либо точке земного шара возникнет необходимость задействовать спутник в научных или технологических экспериментах, ему достаточно иметь выход в интернет, чтобы подключиться к программе. Таким же образом можно получить результаты эксперимента со спутника. При таком подходе затраты будут минимальными, считают авторы проекта.
В общей сложности через модем «Глобалстар» было проведено 3577 сеансов в связи с ТНС-0 №2, совокупная продолжительность которых составила более 136 часов. В качестве резервного канала связи использовалась УКВ-радиостанция, которая также имеется на борту спутника. Эксперимент проводился учеными и инженерами из РКС, Института прикладной математики РАН им. М. В. Келдыша и РКК «Энергия».
Наноспутник ТНС-0 №2 весит всего 4 кг
Также на ТНС-0 №2 была протестирована разработанная в РКС автономная система навигации. Через систему осуществляется высокоточная наводка УКВ-антенн ЦУПа для подключения к спутнику. Благодаря этому авторы эксперимента смогли управлять аппаратом независимо от зарубежных систем типа NORAD, которая чаще всего применяется в работе со спутниками нанокласса.
Достижения ТНС-0 №2
ТНС-0 №2 был запущен с борта МКС 17 августа 2017 г., для чего двум космонавтам пришлось выйти со станции в открытый космос. К настоящему моменту спутник работает на орбите уже в два раза дольше запланированного срока эксплуатации. Бортовые приборы и батареи спутника находится в полном порядке. Ежедневно ученые на Земле получают данные о его работе в ходе не менее чем 10 сеансов связи.
«Все используемые в нем приборы уже прошли летную квалификацию. Благодаря этому мы получили отработанные решения, на основе которых мы вместе с партнерами из РКК «Энергия» и Института прикладной математики им. Келдыша будем работать над развитием универсальной отечественной наноспутниковой платформы», - сообщил главный конструктор ТНС-0 №2 Олег Панцырный .
Спутник был создан согласно концепции «спутник-прибор», то есть строился, тестировался и был запущен в работу как готовый аппарат. В результате он получился небольшим по размерам, около 4 кг, и дешевле, чем полноразмерные спутники, а разработка была завершена быстрее, сообщают авторы проекта. На спутник можно устанавливать полезную нагрузку до 6 кг, а также модули с двигателями, солнечными батареями или приемно-передающими устройствами, расширяя таким образом его функциональность.
При текущем состоянии атмосферы эксперты-баллистики обещают, что спутник прослужит до 2021 г., после чего сгорит в плотных слоях атмосферы. Его ПО планируют модифицировать таким образом, чтобы автономный полет мог продолжаться до 30 суток. В ходе эксплуатации спутника ученые рассчитывают определить экстремальное сроки работы техники в космосе, что в перспективе позволит дольше использовать наноспутники на орбите.