Состояние и перспективы развития комплексов и средств единого Государственного НАКУ КА

В составе единого Государственного НАКУ будут эксплуатироваться как современные средства, так и большое количество морально и физически устаревшей техники. На рис. представлены обобщенные показатели по выработке ресурса средств НАКУ МО, который является ядром единого Государственного НАКУ.

Из рис. следует, что более 70 % средств НАКУ МО находятся за пределами гарантийного ресурса (имеют 2 или 3-ю категорию). Для более чем 40 % средств срок эксплуатации превышает 15 лет. Средства НАКУ, имеющие длительный срок эксплуатации, изготовлены на старой элементной базе, как правило, имеют низкие тактико-технические и эксплуатационные характеристики и не удовлетворяют по своим параметрам современным требованиям.

Отрицательным фактором является устойчивая тенденция ежегодного старения (в среднем) средств НАКУ и ухудшения их эксплуатационных характеристик. Так, например, значение средней наработки на отказ снижается ежегодно на 10 %. Из табл. следует, что старение является основной причиной отказов средств НАКУ в процессе эксплуатации: по причине старения происходит более 79 % отказов техники.

Нарастающее старение технических средств и комплексов НАКУ является результатом резкого снижения после 1991 г. финансирования мероприятий по укомплектованию, обновлению, замене устаревших и выработавших ресурс средств, что привело к сокращению поставок и ввода в эксплуатацию новых средств.

В составе действующих средств НАКУ находится большое количество разнотипного оборудования. В частности, командно-измерительных систем насчитывается семь типов шестнадцати модификаций, телеметрических станций — три типа девяти модификаций. Основу вычислительного парка НАКУ МО наряду с современными ПЭВМ составляют морально и физически устаревшие ЭВМ типа М-222, БЭСМ, ЕС-1033, ЕС-1045. Наличие в контуре управления КА вычислительной техники разных поколений приводит к необходимости разработки, внедрения и сопровождения ПМО, отдельного для каждого типа ЭВМ.

В этих условиях обеспечение надежного и эффективного управления действующей и перспективной орбитальной группировкой КА требует поэтапного переоснащения НАКУ новым поколением средств управления и автоматизации с учетом одновременного поддержания технической готовности существующих средств. Накопленный опыт эксплуатации КА, совершенствование бортовых комплексов управления (БКУ) КА, а также появившиеся в новых экономических условиях требования по минимизации затрат на создание и эксплуатацию НКУ КА позволили критически пересмотреть как технологию управления КА, так и принципы построения НКУ.

Штатная технология определяется прежде всего требованиями к числу сеансов управления КА средствами НКУ по каждой функции управления.

Анализ технологических графиков управления КА показывает, что для выполнения основных функций информационного взаимодействия НКУ с КА на этапе штатной эксплуатации требуется проведение следующего числа сеансов управления:

• закладка рабочих (РП) и временных (ВП) программ на КА — не более одного раза в сутки в двух сеансах управления (основной и резервный) для большинства КА и не более двух раз в сутки соответственно в четырех сеансах для КА ДЗЗ с уточнением РП (ВП) по метеоусловиям;
• проведение ИТНП КА средствами НКУ — на двух «видимых» витках двумятремя КИПами на каждом витке для КА с высотой орбит до 400 км и значительно реже для КА на более высоких орбитах;
• съем информации обобщенного контроля (ИОК) с КА по радио-линии КИС — во всех запланированных на данные сутки для передачи КПИ и проведения ИТНП сеансах связи;
• проведение сверки бортовой (БШВ) и единой (ЕШВ) шкал времени — не чаще одного раза в сутки в сеансах передачи КПИ или проведения ИТНП;
• съем ТМИ — не чаще одного раза в сутки.

Приведенные требования следует принимать как максимальные при штатной эксплуатации. В большинстве случаев с учетом дальнейшей интеллектуализации БКУ они могут быть существенно снижены. Значительное (в перспективе) повышение автономности функционирования КА позволяет упростить функциональную схему управления и соответственно структуру НКУ. Прежде всего ставится вопрос о разработке и реализации однопунктной технологии управления КА с одного КИПа. Привлечение дополнительных КИПов может потребоваться лишь для резервирования при нештатной ситуации на борту КА и необходимости проведения ремонтно-восстановительных работ.

С учетом анализа технологий управления КА для обеспечения минимально необходимого времени информационного контакта средств НАКУ со всеми КА орбитальной группировки на этапе штатной эксплуатации в перспективе достаточно иметь на территории России три разнесенных по географической долготе КИПа — по одному в центральном, запад ном и восточном регионах.

Внедрение перспективных технологий управления КА является одним из основных направлений совершенствования НАКУ, улучшения его системных характеристик, упрощения структуры, снижения загрузки и соответственно уменьшения затрат на эксплуатацию средств управления.

Основными элементами перспективной технологии управления КА, внедрение которых будет реальным в начале XXI в., являются:

• использование для определения орбиты КА и автономного решения на борту КА задач навигационно-баллистического и временного обеспечения полета аппаратуры потребителей КНС ГЛОНАСС/GPS;
• передача вектора положения КА и результатов решения задач НБО, проводимого в БКУ, по радиоканалу телеизмерений в НКУ;
• использование на КА высокоинтеллектуальных БКУ с развитым ПМО для решения задач автоматической диагностики состояния, восстановления работоспособности служебных и целевых бортовых систем и управления ими;
• использование для массового обслуживания низкоорбитальных КА космической системы ретрансляции;
• внедрение для управления целевым применением КА из ЦУПа более эффективного командно-координатного метода вместо используемого в настоящее время программно-временного метода;
• использование на борту КА аппаратуры формирования сигнала «Вызов НКУ» и передача его в НКУ по радиоканалу системы оповещения «Фарман» при возникновении на КА непредусмотренной в ПМО БКУ нештатной ситуации;
• реализация в ССПД НАКУ цифровой сети интегрального обслуживания на основе перспективной телекоммуникационной технологии;
• использование при создании и эксплуатации средств НАКУ международных стандартов, рекомендаций международного Консультативного комитета по системам передачи космических данных (CCSDS), протоколов информационного обмена и выделенных регламентом радиосвязи на первичной основе диапазонов частот с целью обеспечения совместимости и возможности интеграции отечественных средств управления КА с зарубежными при выполнении международных космических проектов.

Внедрение новых технологий позволяет радикально изменить распределение задач по управлению КА между наземным и бортовыми комплексами управления в направлении повышения роли БКУ, существенно снизить интенсивность информационного обмена между БКУ и НКУ, в 3-5 раз уменьшить загрузку средств НКУ, в 2-5 раз увеличить эффективность решения целевых задач, в 5-10 раз (до одного-двух месяцев) повысить автономность функционирования КА.

В вопросе реализации новых технологий управления КА центральное место занимает использование для НБО полета КА навигационной аппаратуры потребителей (НАП) КНС ГЛОНАСС/GPS. Космическая навигационная система ГЛОНАСС предназначена для непрерывного навигационно-временного обеспечения неограниченного числа потребителей, находящихся на Земле и в околоземном пространстве до высот около 2000 км. Точность определения своего местоположения указанными потребителями составляет (3а) около 30-50 м по координатам и 3-5 см/с по составляющим вектора скорости. Система ГЛОНАСС также обеспечивает определение потребителем поправки к своей шкале времени и ее привязку к государственному эталону с погрешностью не более 1 мкс.

Использование КНС для навигационного обеспечения КА позволит на порядок увеличить его точность и оперативность,сократить технологический цикл управления КА средствами НКУ. Наличие высокоточной информации о местоположении КА в любой момент времени позволит перейти от временных схем планирования работы КА и его бортовых систем к координатным методам. Это не только разгрузит наземный комплекс управления, поскольку основной объем задач планирования можно будет решать на борту, но и сократит затраты на решение специальных задач за счет включения целевой аппаратуры точно над заданными районами.

Использование НАЛ КНС на борту КА позволит отказаться от проведения периодических сверок со шкалой времени НКУ и коррекций бортовой шкалы времени, снизить требования к стабильности бортового стандарта частоты и времени. Комплексирование НАП с высокоразвитой БЦВМ КА в перспективе позволит перенести в БКУ решение практически всех задач НБО полета, включая расчет исходных данных для проведения коррекции орбиты с целью ее поддержания и маневров перехода на другую орбиту.

В конце 1990-х гг. в России созданы образцы навигационной аппаратуры, работающие по сигналам отечественной КНС ГЛОНАСС и американской GPS и предназначенные для установки на объекты ракетно-космической и другой техники. Наиболее отработанные образцы навигационной аппаратуры потребителя представлены на рис. Они устанавливливаются на борту ЛА, в корабельных навигационных комплексах и наземных подвижных объектах различного целевого назначения.

В Центре координации и управления полетом КА, входящем в НИИ космических систем — филиал ГКНПЦ им. М.В. Хруничева, предполагается отрабатывать методику обработки информации навигационной аппаратуры потребителей. На его базе осуществляется отработка координатных методов управления КА ДЗЗ, что, в свою очередь, позволит повысить оперативность формирования в ЦУПе рабочих программ управления работой целевой аппаратуры КА.

Детальная временная программа операций подготовки и проведения съемки должна разрабатываться в БКУ КА на основе имеющейся на борту навигационной информации о параметрах орбиты и ПМО автоматического формирования временных программ.