РАКЕТНО-КОСМИЧЕСКОЕ ПРИБОРОСТРОЕНИЕ И ИНФОРМАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ

В статье на принятом уровне общности излагается технология комплексного синтеза перспективных систем управления ракетно-космических аппаратов большой значимости и ответственности, нацеленная на получение характеристик систем управления возможно высокого уровня. В основу упомянутой технологии положены принципы и операции методологии синергетической оптимизации и интеллектуализации. Характерно, что совершенствование системы управления предусматривается на всех этапах жизненного цикла объекта управления, что обеспечивается средствами оценки текущего состояния, адаптациии самовосстановления. Рассматриваемые системы управления, будучи активированными или постоянно действующими, целесообразны для использования в управлении такими важнейшими изделиями ракетно-космической техники, как стратегические ракеты, ракеты-носители, крылатые боевые блоки, долговременные космические станции, аппараты для изучения дальнего космоса, стратегические спутники космического мониторинга и т. д. [1]. Очевидно, что эффективные системы управленияв значительной степени обеспечивают успешное функционирование объектов управления, что имеет большое значение для качественного выполнения важных задач в интересах обороны, социума и науки. Как показывает научно-технический анализ, целесообразность в создании упомянутых систем управления вполне очевидна, а возможность создания их на базе современных программно-аппаратных средств имеет под собой все научно-технические основания.

В статье рассматриваются результаты и перспективы автоматизации процессов идентификации краткосрочных предвестников сильных (с магнитудой 6 и более) землетрясений, регистрируемых с помощью спутниковых измерений. Автоматизация этих процессов опирается на их формализацию, в основе которой лежит разработанная в России физическая модель генерации предвестников землетрясения - модель литосферно-атмосферно-ионосферных взаимодействий в области подготовки землетрясения. На основе многолетнего опыта мониторинга предвестников различной физической природы в качестве основных предвестников землетрясений предлагается использование ионосферных и тепловых/метеорологических аномалий, регистрируемых за несколько суток до сейсмического события над зоной подготовки землетрясения, как наиболее достоверных. В статье описана формализация связей параметров прогнозируемых землетрясений и параметров их наблюдаемых предвестников, предложены этапы машинной обработки данных о выбранных предвестниках землетрясений, определены направления повышения уровня автоматизации процессов идентификации предвестников землетрясений на основе методов машинного обучения их распознавания.

Показано, что применительно к технологическим инновациям должен неукоснительно соблюдаться принцип упреждающей (по отношению к началу разработки комплексов) разработки технологий, приборов, агрегатов и систем. Проводится анализ преимуществ и недостатков математических моделей и методик, применяемых при оценке меры риска реализации технологических инноваций. Предлагается методика, позволяющая расширить область применения аналитических методов количественного анализа рисков технологических инноваций, за счет приведения показателей частных рисков по результатами срокам к показателям стоимости. Показаны направления применения методики, включающие использование менее сложныхи апробированных технологий как метод снижения рисков, а также обоснование предложений по управлению программами технологических инноваций на основе системного анализа факторов риска различной природы. Обеспечение сопоставимости оценки полезности технологической инновации, выражаемой в абсолютном большинстве случаев в стоимостных показателях, и меры риска ее реализации за счет приведения показателей частных рисков по результатам и срокам к показателям стоимости позволяет принимать обоснованные решения по упрощению состава разрабатываемых технических средств. Областью применения методики является не только обоснование предложений по снижению рисков технологических инноваций. Апостериорные расчеты потерь, возникших вследствие наступления рисковых событий, позволяют методами системного анализа оценить влияние факторов риска различной природы на ход реализации программ технологических инноваций, определить наиболее опасные из них, сформулировать проблемы, порождающие возникновение таких факторов риска и выработать предложения по решению таких проблем.

Рассмотрены принципы идентификации трансформации управляющих воздействий, принимаемых космическим аппаратом по радиоканалу управления, при их логическом анализе в бортовом комплексе управления. Введены и формализованы две группы признаков, позволяющих идентифицировать трансформацию принимаемых или поступающих на исполнение команд управления, связанные с соответствием управляющего воздействия логической последовательности управляющих воздействий выполняемому технологическому циклу управления и текущему функциональному состоянию бортовой аппаратуры космического аппарата. Признаки идентификации трансформации команд управления формализованы в виде булевых функций проверки их соответствия разрешенной последовательности управляющих воздействий и текущему функциональному состоянию бортовой аппаратуры при выполнении штатных технологических циклов управления космическим аппаратом. Проанализированы возможности идентификации трансформации управляющих воздействий при их логическом анализе с использованием введенных признаков. При допущениях о статистических свойствах множества команд управления, передаваемых на космический аппарат, определены условия, при которых на основании анализа последовательности управляющих воздействий обеспечивается однозначное определение трансформации команды управления и остаточная вероятность трансформации команды управления после анализа ее соответствия текущему функциональному состоянию бортовой аппаратуры космического аппарата.

В работе проводится анализ сигналов от телефотометров, установленных на спускаемом аппарате станции«Марс-3», который впервые в мире в 1971 г. совершил посадку на поверхности Марса. Оценивается длительность работыпередатчиков аппарата, анализируются режимы съемки, определяется уровень освещенности в месте посадки. Обосновываются геометрические характеристики изображений на основе анализа принятых сигналов. С помощью специализированногоалгоритма осуществляется восстановление фрагментов панорам, переданных спускаемым аппаратом, и проводится обзорныйанализ этих снимков. Подчеркивается историческая ценность и значимость полученных результатов.

Представлена методика определения потребности космической промышленности в перспективных изделиях электронной компонентной базы (ЭКБ) с точки зрения анализа унифицированного компоновочного состава бортовой аппаратурыи сквозной трансляции от требований, предъявляемых к целевым характеристикам космических аппаратов, до требований, предъявляемых к элементной базе. Предлагаемый авторами подход за счет использования методов, заложенных при проектировании современных и перспективных КА и за счет концентрации только на целевых характеристиках получения и преобразования целевой информации, позволяет без снижения точности упростить состав блоков и реализовать унифицированную модель. Описанный подход позволяет на базе программной реализации определять требуемые характеристики основной ЭКБ и формировать длительные планы-графики по обеспечению импортонезависимости в перспективных КА.

Обобщен опыт работ, выполненных в АО «Российские космические системы» за период с 2005 г. по 2021 г., по разработке бортовой аппаратуры командных радиолиний космических аппаратов различного назначения с заданной вероятностью безотказной работы при различных сроках активного существования. Отмечена необходимость учета при оценках вероятности безотказной работы влияния на надежность бортовой аппаратуры в условиях космического пространства как радиационных, так и нерадиационных факторов. Рассмотрены различные схемы резервирования критичных узлов бортовой аппаратуры, а также методы учета влияния ионизирующих излучений на надежность бортовой аппаратуры.

Проведено моделирование и изготовление изделия СВЧ-техники K-диапазона (18-26 ГГц), и проведена оценка адекватности созданной модели. Исследовано влияния процессов сборки СВЧ-тракта на итоговые характеристики изготавливаемого изделия. На примере технологии SIW-фильтров продемонстрирована возможность увеличения скорости разработкиза счет уменьшения времени тестирования при использовании полученной модели для изделий космического назначения СВЧ-диапазона частот ввиду высокой сходимости данных моделирования и измерений изготовленных образцов. Предложенная авторами модель позволяет снизить ошибки при проектировании устройств СВЧ-техники космического назначения, ускорить процесс производства и снизить количество брака при сборке устройств.

На основе проведенных ранее исследований по сложению сигналов BPSK после комплексного понижающего преобразования с промежуточной до нулевой частоты проведено аналогичное исследование для сигналов QPSK. Основным приложением данной работы являются средства приема информации с космических аппаратов дальнего космоса, традиционно использующие дорогостоящие антенны большого диаметра. Процесс сложения сигналов ниже уровня шумов позволяет вместо громадных антенн применять антенные поля из множества сравнительно дешевых малых антенн эквивалентной суммарной площади. Предложенный метод сложения сигналов QPSK позволил существенно снизить требуемую из соображений обеспечения когерентности отсчетов складываемых сигналов частоту дискретизации и трудоемкость цифровой обработки по сравнению с процессом сложения отсчетов сигналов BPSK при той же скорости передачи данных.

В статье рассматривается применение геостационарных спутников-ретрансляторов «Луч» для управления в режиме многостанционного доступа (МСД) в S-диапазоне частот низкоорбитальными КА многоспутниковых орбитальных группировок. Приводятся методика и результаты расчета отношения энергии сигнала на бит информации к суммарной спектральной плотности мощности шума и помех ( E б N Σ ) от других КА в зависимости от числа n одновременно работающих КА-абонентов и скорости передаваемой информации. Показано, что отношение E б N Σ в радиолинии КА-абонент - СР «Луч» слабо, а в радиолинии СР «Луч» - КА-абонент сильно зависит от числа n. Существующие СР «Луч» не позволяют обеспечивать управление КА многоспутниковыми группировками. Для реализации МСД на СР вместо слабонаправленной передающей антенны необходимо устанавливать многолучевую активную антенную решетку.

В процессе работы системы управления угловым движением космического аппарата (КА) возникает потребность отключения датчиков внешней информации. Примерами могут служить системы астроориентации, гирокомпасирования, инерциальные системы, в которых, в зависимости от типа применяемых датчиков или логики построения, коррекция по внешней информации может специально прерываться (например, для «обхода» засветок Солнцем полей зрения оптических датчиков). Угловая ориентация КА при этом сразу меняется. Все, чем располагает система ориентации на момент перевода в такой автономный режим, - это сведения о предыдущих параметрах угловой коррекции и данные о движении центра масс космического аппарата. Тем не менее этих сведений оказывается достаточно для создания специального режима коррекции, экстраполирующего параметры угловой коррекции на режим автономной работы системы ориентации и позволяющего сохранить качество ориентации космического аппарата. Большое внимание уделено объяснению физической природы и характера изменения ориентации космического аппарата, показан практический пример создания специального автономного режима ориентации, приведены результаты моделирования его работы.

Определение параметров движения космических аппаратов с высокой точностью (на уровне от единиц дециметровдо сантиметров) требуется для решения целевых задач определенным классом низкоорбитальных КА. В статье рассмотрены методы получения высокоточных параметров движения низкоорбитальных КА с использованием измерений ГНСС-приемников из состава бортовой навигационной аппаратуры потребителя, способы контроля и подтверждения точности получаемых результатов. Приводится информация по достигнутой точности результатов по информации зарубежных и отечественных источникови перспективные подходы повышения точности определения параметров движения. Авторы отмечают, что совместное уточнение эфемеридно-временной информации низкоорбитальных космических аппаратов ГНСС и низкоорбитальных КА является перспективным методом повышения точности определения параметров движения и позволяет повысить точность эфемеридно-временной информации низкоорбитальных космических аппаратов ГНСС на 30-50% для плотной сети наземных приемников (100 и более наземных станций) и в 5-6 раз при использовании региональной сети наземных станций.