Опыт создания и эксплуатации отечественных наземных комплексов управления КА

До начала 1990-х гг. единым генеральным заказчиком космической техники и средств управления КА являлось Министерство обороны. НКУ всех КА научного, социально-экономического и военного назначения создавались в рамках наземного автоматизированного комплекса управления (НАКУ) Минобороны, под которым понимается вся совокупность наземных комплексов управления различными типами КА.

Это позволяло применять многопунктную технологию управления КА, при которой расширялась зона радиовидимости КА с территории страны, обеспечивалось надежное выполнение технологических циклов управления (вероятность выполнения сеансов связи была не менее 0,99), появлялась возможность резервирования пунктов и сеансов связи и перераспределения средств при возникновении различных неисправностей как на борту КА, так и в наземном комплексе.

Однако наличие многопунктных НКУ, обеспечивающих возможность проведения большого числа сеансов связи с КА в течение суток, в условиях, когда все расходы на эксплуатацию НАКУ несло Минобороны, обусловило отсутствие у разработчиков КА экономических стимулов к качественному совершенствованию технологии управления КА, сокращению числа сеансов измерений и управления и переносу обеспечивающих функций (навигация, диагностика состояния) на борт КА. В результате в течение многих лет технология управления не менялась и была достаточно дорогостоящей.

Кроме того, использование многопунктных технологий с привлечением большого количества наземных средств приводит к большой инерционности в замене средств управления уже существующих КА на технические средства новых поколений. Этот процесс затянулся на длительное время в условиях снижения бюджетных ресурсов на поддержание технической готовности и модернизацию НАКУ.

Центры управления полетом КА также создавались на объектах НАКУ МО. Это объясняется рядом причин:

1. наличием в Минобороны достаточного числа квалифицированных операторов-управленцев;
2. необходимостью использования дорогостоящей и сложной по тем временам вычислительной техники, применяемой в информационно-вычислительных комплексах для управления КА;
3. единством методов управления и программно-методического обеспечения, предлагаемых главными конструкторами как для КА оборонного назначения, так и для КА научного и социально-экономического назначения (НСЭН), разрабатываемых одной и той же фирмой, что позволяло создавать различные центры с использованием одного ИВК.

Исключением являлся ЦУП-М ЦНИИМаш, обеспечивающий управление уникальными пилотируемыми комплексами, в том числе используемыми по международным космическим программам. Сложные задачи управления КА пилотируемой программы, связанные с привлечением большого числа разработчиков пилотируемых орбитальных станций и космических кораблей, постановщиков научных экспериментов, доступом в ЦУП-М иностранных специалистов, не могли быть решены оптимальным способом на объектах Минобороны с использованием привлекаемых на них стандартных средств автоматизации.

Все управляемые КА после окончания летных испытаний и принятия их в эксплуатацию передавались в штат Главного испытательного центра испытаний и управления космическими средствами (ГИЦИУ КС) Минобороны, размещенного в г. Краснознаменске Московской области, который нес за их эксплуатацию полную ответственность. В их числе КА ГЛОНАСС, являющейся одной из наиболее сложных информационных систем. Некоторые КА, например пилотируемые космические комплексы, КА дальнего космоса, из-за их уникальности в штатную эксплуатацию не передавались.

На практике сложилось закрепленное руководящими документами распределение функций между ЦУПом и Центром обработки целевой информации (ЦОИ). ЦОИ разрабатывает программу применения целевой аппаратуры КА и передает ее в ЦУП, который разрабатывает программу функционирования служебной бортовой аппаратуры, объединяет ее с целевой программой и обеспечивает реализацию. Такая практика характерна, в частности, для КА ДЗЗ типа “Ресурс-О”, “Метеор”. Целевая программа применения этих КА разрабатывается специализированной организацией (НПО “Планета”) с участием сектора главного конструктора КА, который анализирует состояние целевой аппаратуры и выдает рекомендации по управлению КА.

В 1970-е гг. начал действовать ряд факторов, приведших к изменению обстановки по созданию новых космических систем и управлению ими на различных этапах функционирования:

1. Образовано Российское космическое агентство (впоследствии Российское авиационно-космическое агентство – Росавиакосмос), ставшее заказчиком космических систем НСЭН и в соответствии с законом Российской Федерации “О космической деятельности” ответственным ведомством за их применение.
2. Политические и экономические преобразования в России привели к катастрофическому снижению ресурсов,выделяемых через Госбюджет на космические программы, и отбросили космическую отрасль на грань выживания. В результате многие КА и средства управления ими находятся за пределами гарантийного ресурса. Ряд ОКР по развитию НАКУ, открытых еще в 1980-е гг., приостановлены либо продолжаются только формально. Эксплуатация НАКУ и поддержание его средств в технической готовности становятся все более дорогостоящими. Это не устраивает Росавиакосмос и главных конструкторов космических систем, вынужденных оплачивать услуги Минобороны по управлению КА НСЭН.
3. Значительная часть КА наблюдения, связи, навигации объявлена объектами двойного назначения и будет создаваться и эксплуатироваться Минобороны РФ и Росавиакосмосом на долевой основе.
4. Созданы различные акционерные общества, способные выступать в качестве заказчиков или разработчиков космических систем. Результатом этого явилось создание первой очереди коммерческих космических систем связи и телевещания, поскольку именно такие системы имеют быструю экономическую окупаемость. К ним относятся системы “Экспресс”, “Галс”, “Банкир”, “Гонец”, “Бонум-1”, “Ямал”. Все указанные системы имеют специфические однопунктные или малопунктные (двухпунктные) НКУ, не совмещенные с пунктами НАКУ Минобороны. Создание таких НКУ стало возможным благодаря использованию многолетнего опыта управления подобными КА и применению современной вычислительной техники (в основном иностранного производства) в центрах управления полетом,а также благодаря стремлению к независимости от Минобороны в управлении коммерческими КА и снижению расходов на эксплуатацию НКУ.

В космических системах ДЗЗ и некоторых других, создаваемых под эгидой Росавиакосмоса, проявляются другие тенденции. Эти системы характерны тем, что они не имеют полной экономической окупаемости и создаются в основном за счет Госбюджета. Разработчики этих систем и руководство Росавиакосмоса пытаются сократить расходы на услуги Минобороны по управлению КА, стремятся перейти к однопунктной или малопунктной технологии с использованием КИС и ТМС из состава НАКУ и создать ЦУП нового поколения КА вне рамок НАКУ МО, например на своем собственном предприятии (ЦУП КА дальнего космоса при НПО им. С.А. Лавочкина) или на базе ЦУП-М ЦНИИМаш (ЦУП КА “Океан-О” и ЦУП КА “Метеор-3М”). Здесь проявляются объективные обстоятельства, заключающиеся в том, что разработчики имеют возможность использовать опытные кадры для управления КА собственной разработки, которые в современных условиях зачастую оказываются невостребованными. Кроме того, новые ЦУПы могут сразу создаваться на основе новых технологий управления и на самой передовой технической базе.

Современные ЦУПы создаются на базе персональных ЭВМ или рабочих станций высокой производительности, включаемых в единую локальную вычислительную сеть ЦУПа, используют надежные серверы с большой оперативной и долговременной памятью для хранения баз данных и архивации информации. По такому принципу созданы переоснащенные техникой фирмы Hewlet Packard ЦУП-М ЦНИИМаш, ЦУП НПО ПМ, ЦУП системы “Банкир”, ЦУП КА “Ямал-100” и другие созданные и создаваемые корпоративные ЦУПы.

Опыт создания НКУ КА различного целевого назначения показывает, что, как правило, НКУ создается для управления КА конкретного типа. При этом заново создаются центр или сектор управления полетами КА, специальное программное обеспечение (СПО), общесистемное программное обеспечение (ОСПО) и программное обеспечение обмена информацией. Взаимодействие ЦУПа со средствами и внешними организациями основывается на использовании существующих или вновь создаваемых ССПД. При этом возможна дополнительная разработка специальных элементов ССПД для обеспечения взаимодействия с вновь привлекаемыми к управлению КА внешними организациями.

В условиях резкого сокращения финансирования и жесткого дефицита всех видов ресурсов необходимо ориентироваться на максимальное уменьшение затрат при создании и эксплуатации наземных комплексов управления КА. Это предопределяет необходимость отказа от традиционных подходов при создании НКУ КА. Решение такой задачи связано с переходом на однопунктные технологии управления с реализацией интеграции ЦУП КА с наземными станциями командно-измерительной системы, совмещением в едином регионе решения задач управления КА и обработки информации. При этом под однопунктной понимается технология, при которой все операции управления КА: передача на борт КПИ, съем с борта телеметрической информации (ТМИ), проведение ИТНП, сверки и коррекции бортовой шкалы времени – осуществляются средствами одного КИПа НКУ. Необходимое резервирование с целью обеспечения требуемой надежности работы достигается установкой на КИПе дополнительных комплектов технических средств.

Опыт показывает, что дальнейшее развитие НАКУ МО РФ традиционным путем на основе замены устаревших средств новыми не может дать желаемого эффекта как по причине физической невозможности обновления всего парка существующих средств, так и в связи с появлением новых информационных технологий на основе использования космических систем связи, навигации и ретрансляции. Перечисленные выше обстоятельства обуславливают необходимость поиска новых подходов к созданию наземных комплексов управления КА и критического пересмотра действующих технологий управления.