Дорога в космос

«Дорога в космос - университетский центр управления полётом "роем" малых космических аппаратов»

Учебные презентации и видео материалы доступны по ссылке: https://www.road-to-space.ru/dokumenty

Основные цели проекта:
   - Содействие привлечению и закреплению молодежи в сфере научно-технической деятельности и отечественной космической отрасли, с помощью создания системы дистанционного on-line доступа к университетским центрам управления полетом малых космических аппаратов.
   - Популяризация достижений отечественной космической отрасли и развитие технического творчества школьников, студентов и молодых ученых, путем проведения научных исследований и экспериментов с использованием малых космических аппаратов с привлечением к научному руководству ведущих специалистов.

Целевая группа проекта: физические лица - школьники, студенты и молодые ученые (ученики) и организации – школы и вузы, не имеющие собственных наземных станций управления малыми космическими аппаратами.

Идея и новизна проекта
В рамках проекта участниками технологической платформы «Национальная информационная спутниковая система» планируется создать сетевой дистанционный учебно-научный университетский центр управления полетом малыми космическими аппаратами (МКА), доступный для инсталляции в любых отечественных школах и вузах из разных регионов России.


В настоящее время Центры управления полетами МКА (ЦУП), имеющиеся у партнеров проекта - СибГУ им. М.Ф.Решетнева и МГТУ им. Н.Э. Баумана оснащены наземными станциями - приемо-передающим и программно-аппаратным комплексом, который позволяет в режиме реального времени осуществлять управление полетом университетских МКА в автоматическом и ручном режимах. Студенты на учебных занятиях в ЦУПах имеют уникальную возможность непосредственно в режиме реального времени отслеживать положение МКА, получать и обрабатывать информацию с борта МКА и осуществлять управление рядом отечественных МКА («МиР», «Можаец», «Аист-2» и др.). Подобные уникальные станции имеются в нашей стране всего у 5 ведущих университетов.


Новизна и уникальность проекта заключается в создании возможности для широкого круга школьников и студентов из различных регионов нашей страны принять непосредственное участие в работе по управлению реальными малыми космическими аппаратами в онлайн-режиме в «домашних» учебных компьютерных классах в своих школах и вузах на основе современных технологий удаленного доступа через сеть Интернет. Благодаря этому, участники проекта из целевой группы (школьники и студенты) смогут реализовать практические учебные и научные задания с использованием бортовой аппаратуры ряда отечественных и зарубежных университетских спутников, реализовать собственные эксперименты в космосе, применить полученные знания и опыт на практике при управлении студенческими спутниками «вживую». 

В результате будет создана эффективная сетевая система организации учебных и научно- исследовательских работ школьников и студентов с дистанционным использованием интегрированных систем управления МКА под руководством ведущих специалистов, которая будет содействовать привлечению и закреплению молодежи в науке и отечественной космической отрасли.


По завершении проекта созданная совместно с партнерами система удаленного доступа в дальнейшем позволит расширяющемуся кругу участников проводить такие учебные и научные работы с МКА ежегодно на регулярной основе с незначительными затратами по отдельным соглашениям с СибГУ им. М.Ф. Решетнева и МГТУ им. Н.Э. Баумана.

Партнерами заявляемого Проекта являются ведущие вузы - Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана, Сибирский государственный университет науки и технологий имени академика М.Ф. Решетнёва и Крымский федеральный университет.


Так же реализации проекта будет оказана информационная и консультационная поддержка рабочей группы «Аэронет» Национальной технологической инициативы, с которой у Ассоциации «Технологическая платформа «Национальная информационная спутниковая система» 14.12.2016 г. заключено Соглашение о сотрудничестве в целях развития информационно-аналитического и организационного сотрудничества по вопросам реализации НТИ, в том числе путём поддержки значимых проектов и проведения совместных коммуникационных мероприятий и конференций. 

Работа управляющей компании – Ассоциации «ТП «НИСС» является примером, относящимся к лучшим практикам в стране по организации различных комплексных инновационных проектов, охватывающих различные регионы России и лидеров среди вузов, научных организаций и высокотехнологичных предприятий, работающих в комической отрасли.

Имеющийся задел и материально-техническая база партнеров проекта - СибГУ им. М.Ф. Решетнева и МГТУ им. Н.Э. Баумана, которая будет использоваться при реализации проекта.

При реализации проекта будет использован большой научно-технический и интеллектуальный задел партнеров в области разработки, создания, запуска и управления студенческими малыми космическими аппаратами. Реализация проекта будет основана на базе и с использованием уникального оборудования (предоставленного на праве бесплатного доступа партнерами проекта):
   - Наземные станции управления малыми космическими аппаратами Студенческого ЦУП СибГУ им. М.Ф. Решетнева (http://sat.sibsau.ru)
   - Наземные станции управления малыми космическими аппаратами Молодежного космического центра МГТУ им. Н.Э. Баумана (http://ysc.sm.bmstu.ru/rus/ysc.htm)

Наземный комплекс управления малых космических аппаратов (МКА) предназначен для работы в качестве радиоприемного и радиопередающего пункта с функциями формирования передаваемой и регистрации принимаемой информации командного, телеметрического и информационного обслуживания космических аппаратов (КА). Подробное описание наземного комплекса управления МКА приведено в Приложении А.


Общие сведения об отечественных университетских малых космических аппаратах приведены в Приложении Б.

 

В Центрах управления полетами малых космических аппаратов СибГУ им. М.Ф. Решетнева и МГТУ им. Н.Э. Баумана установлено приемо-передающим радиооборудованием «ДОКА-Н», которое предназначено для работы в качестве радиоприемного и  радиопередающего пункта с функциями формирования передаваемой и регистрации принимаемой информации командного, телеметрического и информационного обслуживания КА в составе:
   - антенная система, которая включает антенны 145 и 435 МГц, малошумящие усилители AG-25 и AG-35, привод YAESU (G5500). Максимальная ошибка наведения антенн (Он) складывается из ошибки установки антенн и привода (Оа=±3°), ошибки самого привода (мертвая зона Оп=±2°) и ошибки навигационных данных (Он=±1° для краткосрочного прогноза) и ориентировочно составляет Он  = Оа + Оп + Он = 3° + 2° + 1° = 7°. При ширине диаграммы направленности антенн 30° данная погрешность допустима. В процессе монтажа и установки и настройки антенной системы и станции погрешность наведения будет минимизироваться;
   - трансивер ICOM IC-910H японской фирмы ICOM. Внешний вид трансивера ICOM IC-910H приведен на рис. 2.
   - модемно-согласующие устройства (МСУ)  используется для взаимодействия с трансивером. МСУ обеспечивает преобразование и синхронизацию скоростей пакетной передачи данных. Внешний вид МСУ-8 приведен на рис. 3.
   - контроллер ориентации антенн (COA-3). Наведение антенн наземного комплекса управления (НКУ) на космический аппарат (КА) осуществляется по математическому прогнозу местоположения КА на орбите. Это обеспечивает необходимое наведение антенн вне зависимости от нештатных ситуаций в каналах и системах радиосвязи с КА. 
   - управляющий компьютер, который обеспечивает:
          управление приводом антенн и трансивером через СОМ-порты персонального компьютера.
          формирование пакетов данных для передачи на МКА (КПИ МИД);
          обработку принимаемых от МКА пакетов данных (ТМИ, НИ);
          отображение оперативных данных о процессах сеанса управления МКА;
          отображение оперативной ТМ информации в сеансе управления МКА;
          архивирование информации и данных; формирование и ведение протоколов сеансов управления МКА.

Полноповоротная антенная система ЦУПа

Трансивер ICOM IC-910H

Внешний вид модемно-согласующего устройства МСУ-8

ЦУП СибГУ им. М.Ф. Решетнёва

Для успешного и полномасштабного контроля за МКА в 2010 – 2012 годах в рамках ряда проектов (реализованных партнерами настоящего проекта) сформирована и протестирована международная сеть Центров управления аппаратами «университетскими» космическими аппаратами

Международная сеть Центров управления полетами МКА

Сформированная сеть Центров управления полетами обеспечивает зону покрытия, охватывающую всю Европу и Азию. Системы удаленного доступа позволяет увеличить время работы со спутником. «Передавая» МКА при помощи системы удаленного доступа между ЦУПами, входящими в сеть,  мы можем увеличить суточное время работы со спутником.

 

В нашей стране Центры управления полетами МКА имеют следующие вузы: МГУ, МГТУ им. Н.Э. Баумана, МАИ, СГУ им. С.П. Королева, СибГУ им. М.Ф. Решетнева, ВКА им. А.Ф. Можайского. Другие вузы пока не имеют возможности непосредственной работы с МКА.

 

Наземные станции одного класса имеются только МГТУ им. Н.Э. Баумана и СибГУ им. М.Ф. Решетнева. В рамках проекта предполагается выполнить серию технических работ и разработать программное обеспечение, позволяющих организовать для широкой целевой группы участников проекта удаленный доступ к онлайн просмотру приема информации с МКА с любой точки Земли, где имеется доступ Интернет.

Содержание проекта и его основные мероприятия

В рамках проекта предусмотрено решение 4 задач, включающих технические и организационные мероприятия.

Задача 1. Разработка и создание интерактивного научно-образовательного интернет-портала университетского Центра управления полетами малыми космическими аппаратами (ЦУП) с использованием учебно-технической материальной базы СибГУ им. М.Ф. Решетнева и МГТУ им. Н.Э. Баумана

Мероприятия:

- Разработка ТЗ на создание интерактивного научно-образовательного интернет-портала университетского Центра управления полетами малыми космическими аппаратами (ЦУП) с использованием учебно-технической материальной базы СибГУ им. М.Ф. Решетнева и МГТУ им. Н.Э. Баумана;

- Программирование интерактивного научно-образовательного интернет-портала университетского Центра управления полетами малыми космическими аппаратами (ЦУП) с использованием учебно-технической материальной базы СибГУ им. М.Ф. Решетнева и МГТУ им. Н.Э. Баумана;

- Выполнение комплекса технических работ по организации интерактивного экспериментального удаленного хостинга (исполнитель НИИЛАКТ ДОСААФ, г. Калуга);

- Разработка и наполнение контента интерактивного научно-образовательного интернет-портала;

- Разработка методических рекомендаций по управлению "роем" (группировкой) технологических и университетских малых космических аппаратов (МКА).

При создании интернет-портала будет создан и отработан экспериментальный хостинг для размещения учебной информации и обеспечения дистанционного общего доступа организаций-участников проекта (целевая группа) к уникальному оборудованию ЦУПов СибГУ им. М.Ф. Решетнева и МГТУ им. Н.Э.Баумана, а также к образовательным программам, конструкторской документации и методике управления "роем" МКА.

В проекте будет предусмотрена обработка информации с отечественных МКА - МиР, Можаец, Бауманец-2 (после его запуска в ноябре 2017) и др., а также с рда зарубежных университетских МКА.

Удаленное управление будет отслеживаться партнерами проекта и контролироваться руководителем проекта. Каждый участвующий в экспериментах школьник, студент, аспирант или молодой ученый сможет спланировать и произвести управление МКА.

Разрабатываемый интерактивный интернет портал ЦУПА будет позволять получать доступ к наземной станции управления СибГУ им. М.Ф. Решетнева или МГТУ им. Н.Э. Баумана независимости от времени суток. Это позволит для учеников получить от ряда МКА необходимую информацию. В рамках проекта будет создано облачное хранение информации полученной от МКА для анализа и проведение лабораторных работ для школьников и студентов. В рамках портала каждый участник проекта из целевой группы будет иметь свой личный кабинет для осуществления удаленного подключения к ЦУПам и выполнения лабораторных работ.

Задача 2. Разработка интерактивного дистанционного ЦУПа, позволяющего для целевой группы участников проекта реализовать через интернет удаленное подключение к ЦУПам СибГУ им. М.Ф. Решетнева и МГТУ им. Н.Э. Баумана

Мероприятия:

- Разработка ТЗ на создание интерактивного дистанционного ЦУПа, позволяющего для целевой группы участников проекта реализовать через интернет удаленное подключение к ЦУПам СибГУ им. М.Ф. Решетнева и МГТУ им. Н.Э. Баумана

- Разработка схемы и технической документации универсального наземного комплекса управления малыми космическими аппаратами

- Программирование интерактивного дистанционного ЦУПа, позволяющего для целевой группы участников проекта реализовать через интернет удаленное подключение к ЦУПам СибГУ им. М.Ф. Решетнева и МГТУ им. Н.Э. Баумана

- Экспериментальная отработка и тестирование удаленного доступа к ЦУПам СибГУ им. М.Ф. Решетнева и МГТУ им. Н.Э. Баумана

- Инсталляция интерактивного дистанционного ЦУПа, позволяющего для целевой группы участников проекта реализовать через интернет удаленное подключение к ЦУПам СибГУ им. М.Ф. Решетнева и МГТУ им. Н.Э. Баумана в целевой группе организаций-участников проекта, не имеющих собственной наземной станции управления МКА (университеты - члены ТП «НИСС» и школы)

- Разработка Методических указаний по выполнению интерактивной лабораторной работы по дистанционному управлению МКА, дешифровке и обработке данных телеметрии МКА, включая адаптированной упрощенной версии для школьников

Для проведения учениками (школьниками и студентами) экспериментальной исследовательской работы с МКА будет создано удаленное онлайн подключение к оборудованию ЦУПов СибГУ им. М.Ф.Решетнева и МГТУ им. Н.Э. Баумана и разработано необходимое программное обеспечение для инсталляции в компьютерных классах организаций-участников проекта (школы и вузы). При выполнении учениками исследований и экспериментальных лабораторных работ в дистанционном режиме школьники и студенты будут иметь возможность получать и обрабатывать служебную телеметрическую информацию с ряда датчиков, установленных на борту МКА. В рамках разрабатываемых лабораторных работ будет предусмотрен ряд экспериментов с телеметрической информацией. Например, одна из наглядных лабораторных работ для школьников - определение зоны видимости МКА на различных по высоте орбитах, а для студентов – демонстрация принципа эффекта Доплера. Выводы лабораторных работ будут представлены в практическом онлайн просмотре.

В качестве пилотной отработки проекта будет использована площадка Красноярской краевой школы-интерната по работе с одарёнными детьми «Школа космонавтики» (письмо поддержки прилагается).

Задача 3. Организация научно-исследовательской работы учеников (школьников, студентов) в онлайн-режиме с оборудованием наземных станций в ЦУПах СибГУ им. М.Ф. Решетнева и МГТУ им. Н.Э. Баумана

Мероприятия:

- Определение целевых регионов РФ - участников проекта (ЦФО, СФО, ДФО, Крым и др.)

- Рассылка приглашений для участия в проекте для школ и вузов

- Разработка рекомендаций для участников проекта по формированию аудиторного фонда из числа школьников и студентов

- Определение целевой группы участников проекта среди школ и вузов

- Составление графика дежурства операторов МКА (из числа школьников и студентов) на 2018 г. и дальнейшую краткосрочную перспективу после завершения проекта (по заявочной системе с учетом графиков пролета МКА и разницы во времени между регионами)

- Проведение для учеников и преподавателей целевой группы обучающего вебинара и онлайн-консультаций профильных специалистов АО «ИСС», СибГУ им. М.Ф. Решетнева и МГТУ им. Н.Э. Баумана

- Организация дистанционного дежурства учеников в ЦУПах СибГУ им. М.Ф. Решетнева и МГТУ им. Н.Э. Баумана по нескольким МКА

- Выполнение учениками интерактивной лабораторной работы по дистанционному управлению МКА, дешифровке и обработке данных телеметрии МКА с подготовкой отчетов

В проекте будут разработаны методические указания для интерактивной лабораторной работы по дистанционному управлению МКА, в рамках которой взаимодействие ЦУПов СибГУ им. М.Ф. Решетнева и МГТУ им. Н.Э. Баумана с участниками проекта будет осуществляется по разработанному алгоритму. Включение передающих устройств наземных станций управления будет осуществляться согласно разработанной методике строго по графикам, утвержденным изготовителем МКА.

График дежурства учеников будет рассчитан для каждой организации участника проекта из расчета количества групп школьников и студентов, молодых ученых проводящих исследования.

Задача 4. Проведение всероссийского конкурса молодежных проектов по управлению и обработке телеметрических данных с МКА «Эксперимент в космосе»

Мероприятия:

- Разработка положения о всероссийском конкурсе молодежных проектов по управлению и обработке телеметрических данных с МКА «Эксперимент в космосе» (далее – Конкурс)

- Объявление Конкурса, освещение через Интернет и СМИ

- Проведение Конкурса

- Подведение итогов Конкурса на VI научно-практической конференции Техплатформы «НИСС» (в рамках форума Армия-2018) с вручением Президентом ТП «НИСС», генеральным директором АО «ИСС» Н.А. Тестоедовым призов ученикам-победителям

- Организация экскурсий для целевой группы в ЦУПы СибГУ им. М.Ф. Решетнева и МГТУ им. Н.Э. Баумана, и на АО «ИСС»

- Разработка и видеозапись серии открытых дистанционных лекции по космонавтике и тематике проекта с участием ведущих лекторов (А.И. Лазуткин, В.И. Халиманович, В.И. Майорова, И.Н. Карцан)

- Проведение серии открытых лекций по космонавтике и тематике проекта для школьников и студентов.

Каждый партнер проекта проведет профориентационные ознакомительные лекции с включением онлайн трансляций с других регионов. Результатом ознакомительных лекций будет отчет каждого партнера, подготовленный группами слушателей (школьники, студенты).

В разрабатываемых в рамках проекта курсах лекций и методических указаниях для студентов и школьников будут освещены следующие разделы космонавтки и спутникостроения:

- История развития отечественной и мировой космонавтики от первого ИСЗ по настоящее время.

- Ракетоносители, виды и характеристики

- Современные КА, виды и их целевое назначение

- Современные университетские МКА

- Виды орбит

- Основные служебные системы КА

- Наземные станции управления и антенные системы

- Служебная телеметрическая информация, получаемая оператором с борта МКА

Результаты проекта

Основные результаты проекта:

1. Создана эффективная сетевая интерактивная система организации учебных и научно- исследовательских работ школьников и студентов с дистанционным использованием интегрированных наземных систем управления «роем» малых космических аппаратов под руководством ведущих специалистов, которая будет содействовать привлечению и закреплению молодежи в науке и отечественной космической отрасли.

2. Разработаны методические медиа-материалы для проведения школьниками и студентами лабораторных работ, научных исследований и экспериментов с использованием малых космических аппаратов (Методические указания по выполнению лабораторных работ и 5 видео лекций).

3. Проведен Всероссийский конкурс молодежных проектов по управлению и обработке телеметрических данных малых космических аппаратов «Эксперимент в космосе» с привлечением к научному руководству ведущих специалистов космической отрасли (30 молодежных команд).

4. Проведены для учеников и преподавателей целевой группы открытых дистанционных лекций, обучающие вебинар и онлайн-консультации профильных специалистов АО «ИСС», СибГУ им. М.Ф. Решетнева и МГТУ им. Н.Э. Баумана.

ПРИЛОЖЕНИЕ А. Описание наземного комплекса управления малых космических аппаратов

Наземный комплекс управления малых космических аппаратов (МКА) предназначен для работы в качестве радиоприемного и радиопередающего пункта с функциями формирования передаваемой и регистрации принимаемой информации командного, телеметрического и информационного обслуживания космических аппаратов (КА).

Радиопередающие и радиоприемные устройства комплекса работают в «радиолюбительских» диапазонах частот выделенных международными регламентами для проведения экспериментальных радиосвязей и не требующие получения дополнительных разрешений уполномоченных органов.

Формирование передаваемой и регистрация принимаемой информации командного, телеметрического и информационного обслуживания МКА, а также ее предварительная обработка и обмен этой информацией с другими службами управления МКА осуществляется посредством ЭВМ IBM-совместимого типа.

Наземный комплекс управления представляет собой комплекс устройств обеспечивающих выполнение следующих заданных функций:

  • организацию связи с КА по радиолинии в соответствии с планами сеансов связи;

  • формирование информации, и передачу на борт аппарата (БА) в соответствии с программой управления КА;

  • приём и предварительную обработку информации, поступающей из БА и передачу её для дальнейшей обработки, накопления, отображения и документирования;

  • формирование наземной шкалы точного времени по сигналам GPS/ГЛОНАСС

  • синхронизацию бортового времени к наземному по радиоканалу БА;

  • формирование и передачу исходных данных для работы БА;

  • приём, хранение и передачу сообщений между системами, участвующими в управлении КА «Университетский».

Наземный комплекс управления функционирует в следующих режимах:

  • в режиме проведения системы связи (СС) с КА, при этом производится управление, приём и обработка информации в соответствии с планом СС;

  • в ручном режиме оперативного управления КА. Этот режим используется при вводе КА в эксплуатацию и при нештатных ситуациях;

  • в автоматизированном режиме управления;

  • в режиме формирования  точного времени;

  • в режиме контроля, синхронизации и коррекции бортового времени с наземным.

Наземный комплекс управления обеспечивает:

  • отслеживание КА, функционирующего на околокруговых орбитах с высотами от 400 до 800 км и наклонениями от 50° до 98°;

  • устойчивую радиосвязь во всём диапазоне углов азимута и при углах места выше 7 градусов КА;

  • вероятность ошибки на один бит принимаемой информации за время СС в ориентированном режиме полёта КА не более 10-4  при углах возвышения КА над горизонтом (углах места) не менее 7°;

время подготовки к сеансу связи с КА должно быть не более 5 минут и заканчиваться за время не более 20 минут до начала СС.

Структурная схема комплекса средств управления МКА

На компьютер управляющего комплекса возложены задачи по формированию и обработке информации связи, ведению навигационного сопровождения связи и оперативного управления средствами радиосвязи, а также поддержание коммуникационных интерфейсов. Основные функции управляющего компьютера сведены в функциональную схему, рисунок 3.

Информационный обмен с бортом МКА производится через средства радиосвязи которые сопряжены с управляющим компьютером через модемно-согласующее устройство (МСУ). Со стороны компьютера связь с МСУ и  информационный обмен обеспечивает коммуникационный порт COM-1. Интерфейс с данным портом построен с использованием буферных накопителей.

Функциональная блок-схема наземной станции приема-передачи информации

Обработка принимаемого потока информации заключается в исполнении правил заданных протоколов информационного обмена, поддержания протокола в сложных условиях не стационарных процессов в радиоканалах, разбраковки или реставрации информации пораженной помехами.

Восстановленные потоки информации обмена поступают на декодирование, где они принимают заданные формы документов обмена, а значения параметров преобразуются в соответствующие физические величины.

Информация телеметрического характера и различные данные, которые могут быть использованы в оперативном управлении МКА, отображаются на дисплее компьютера  в реальном времени.

Вся поступающая информация сохраняется на жестком диске компьютера в виде файлов различных форматов, бинарных, текстовых специальных и пр. Сразу после сохранения файлов очередной принятой информации они доступны для ручного и автоматического использования. Так, обрабатывающие компьютеры наземного комплекса могут через сетевой интерфейс обмена данными управления.

Обработка передаваемого потока информации заключается в формировании последовательностей заданных протоколов информационного обмена и помехозащитного кодирования.

Функциональная схема управления

Для нужд управления предусмотрено несколько вариантов ввода информации. Команды управления непосредственного исполнения (разовые команды) могут быть введены оперативно, набором 4-х символов номера. При этом на дисплее компьютера отображается номер команды и автоматически дается подсказка о выполняемой функции этой команды. Далее оператор производит передачу команды по радиоканалу.

Для оперативного набора команды с указанным временем исполнения одной кнопкой производится переключение на данный вид команды, а после ввода номера также дается подсказка о выполняемой функции команды и организуется диалог ввода времени исполнения, после чего команда оператор производит передачу команды по радиоканалу.

И разовые и временные команды могут быть набраны и выданы из меню команд. Меню двухступенчатое, сначала группы функций, а затем список команд в этой группе. Выбранная из списка разовая команда сразу переходит в диалог ее выдачи в радиоканал, а выбранная из списка временная команда предваряется диалогом ввода указанного времени исполнения.

И разовые и временные команды могут быть выданы из списка команд, в любом сочетании. Список команд может быть подготовлен как в самом управляющем компьютере, при этом используется режим выбора через меню команд, так и иными средствами комплекса управления.

Списки команд представляются файлами заданной структуры. Файловый обмен может быть осуществлен как обычными средствами компьютера (диски, флешь и пр.), так через сеть обмена данными управления.

 

Кроме команд на передачу могут быть выведены массивы данных, также представляемые файлами определенных структур. Подготовка массивов обычно производится специализированными программами, в зависимости от назначения данных. Обмен файлами массивов данных также может быть осуществлен как обычными средствами компьютера (диски, флешь и пр.), так через сеть обмена данными управления.

О всех используемых режимах, о файлах принятых данных, о переданных командах и массивах, о всех действиях оператора и различных событиях непременно, автоматом производится запись в протоколе работ, который хранится на жестком диске компьютера и доступен интерфейсу обмена данными управления. Все записи сопровождаются текущим временем управления.

Текущее время управления основано на системном времени компьютера. Коррекция времени компьютера может производиться любыми предусмотренными средствами. В составе средств управления предусмотрен приемник сигналов времени  спутниковых навигационных систем. По этим сигналам производится регулярная коррекция системного времени компьютера управления.

Время управления используется и для вычислений текущих координат КА. Эти вычисления производятся ежесекундно, т.е. в реальном времени на каждую секунду определяется местонахождения КА. Основой для таких вычислений являются начальные условия (НУ (TLE)) описывающие параметры движения КА по орбите.

Формирование или получение начальных условий может быть многовариантно. В том числе получение из открытых международных источников или формирование собственных на основе данных бортовой навигационной аппаратуры пользователя (НАП). Файл НУ доступен интерфейсу обмена данными управления.

По НУ оперативно рассчитывается прогноз ближайших сеансов связи, обычно на текущие сутки вперед. Расписание выводится на отображение и используется в управлении сеансами связи.

По вычисленным текущим координатам КА производится вычисление целеуказаний, т.е. вычисление значений азимута и угла места применительно к данным техническим средствам управления. Целеуказания также вычисляются (перевычисляются) ежесекундно.

Вычисленные целеуказания используются для автоматического наведения антенн на КА. Данные целеуказаний преобразуются в необходимый вид и через интерфейс связи управления аппаратурой направляются в Контроллер ориентации антенн.

Предусмотрено взаимодействие с несколькими типами средств наведения  антенн, для их выбора предусмотрен соответствующий интерфейс.

Оперативно перевычисляемые текущие координаты КА используются и для вычислений доплеровского сдвига частот, также ежесекундного. Результаты вычислений доплеровского сдвига частот используются для компенсации данного сдвига, как в канале приема, так и в канале передачи. Сдвиг добавляется или вычитается к частотам определенным параметрами связи заданного КА. Полученные таким образом текущие значения частот радиосвязи (на каждую секунду) используются для управления средствами радиосвязи. Для того они через интерфейс связи управления аппаратурой отправляются на средства связи, где по поступающим данным ежесекундно перестраиваются частоты приема и передачи радиосигналов.

Предусмотрено взаимодействие с несколькими типами средств радиосвязи, для их выбора предусмотрен соответствующий интерфейс.

Программное обеспечение система планирования и обработки данных обеспечивает выполнение следующих функций рисунок 4:

  • обработку заявок на планирование работы с МКА;

  • ведение каталога состояния МКА;

  • ведение каталога состояния средств КСУ МКА;

  • оперативное и долговременное планирование функционирования МКА;

  • расчет долгосрочного плана работ с МКА;

  • расчет плана работ для вновь запускаемого МКА;

  • расчет плана работ для МКА, в котором возникла критическая ситуация;

  • расчет плана функционирования МКА для  автономного  режима работы;

  • формирование выходных форм плана работы МКА.

  • расчет планов сеансов связи с МКА в зонах радиовидимости СППИ по долгосрочному плану;

  • расчет циклограммы автономного функционирования МКА по плану автономного функционирования и формирование массивов КПИ;

  • формирование и бортового журнала МКА и его уточнение по результатам сеансов связи;

  • прием от СППИ информации ТМИ поступающей от МКА в сеансах связи в реальном времени;

  • организацию и ведение архива массивов информации;

  • организацию и ведение архива обработанной информации ТМИ;

  • формирование паспорта технического состояния МКА на текущий период по заявке группы координации и планирования;

  • формирование выходных форм и документов.

  • расчет начальных условий о положении МКА по данным бортовой навигационной системы GPS;

  • расчет начальных условий о положении МКА на орбите по данным TLE;

расчет зон радиовидимости МКА и теневых участков.

Структурная схема ПО планирования и подготовки данных для управления

ПРИЛОЖЕНИЕ Б. Общие сведения об отечественных малых космических аппаратах

Развитие разработок малых космических аппаратов (МКА) обусловлено достижениями высоких технологий в микроэлектронике, материаловедении и др. областях техники, которые позволили существенно уменьшить массу, габариты и энергопотребление бортовой измерительной и служебной аппаратуры. Использование в дальнейшем высоких технологий в гражданских отраслях промышленности на Западе, в основном, в США, позволило осуществить быстрый переход к разработкам малых КА различного назначения.

Малые, или легкие, КА разделяют на нано- (М < 10кг), микро- (М < 100кг), мини- (М < 300кг) и собственно малые спутники (М < 500кг). Эта классификация условная, но она отражает качественные особенности конструкции, технологии и оснащения МКА.

Основные преимущества МКА по сравнению с КА среднего и тяжелого класса состоят в следующем:

  • умеренная стоимость разработок (для разных типов МКА от 5 до 50 млн. USD);

  • малый срок разработки, изготовления и запуска (1,5 - 2 года);

  • возможность оперативного использования вновь разрабатываемых технологий и аппаратуры;

  • возможность легкого восполнения космических систем;

  • возможность создания целевых группировок МКА для решения различных задач;

  • возможность использования ракет-носителей (РН) с меньшей стоимостью или попутных запусков;

  • стимулирование целевых разработок бортовой служебной и измерительной аппаратуры;

  • возможность поддержания непрерывных рядов наблюдений при перерывах в запусках базовых спутников.

Основные проекты наблюдений Земли с использованием МКА до последнего времени имели исследовательский и демонстрационный характер. В то же время в последние годы в связи со снятием ограничений на получение и распространение изображений высокого разрешения за рубежом развернуты работы по ряду коммерческих проектов на основе МКА, которые будут иметь оперативный характер.

Технологический прорыв в создании МКА, обусловленный рядом принципиальных достижений в различных областях микроэлектроники, материаловедении и других областях, позволил разработать поколение элементов и комплексов, составивших основу бортовых служебных систем, используемых в МКА. К числу основных разработок необходимо отнести следующие:

  • бортовые электрические двигатели;

  • кольцевые лазерные гироскопы;

  • средства навигационных местоопределений;

  • средства ориентации;

  • новые композиционные материалы;

  • солнечные батареи нового поколения;

  • бортовые вычислительные средства нового типа;

  • бортовые антенные комплексы с малой массой.

При разработке МКА для наблюдений природной среды в основном реализуется архитектура, включающая базовую платформу (busplatform) для размещения основной служебной аппаратуры и модульные блоки с измерительной аппаратурой. Преимущества этого типа конструкции МКА связаны с унификацией элементов и узлов, повышением надежности, снижением стоимости разработок и изготовления.

Таким образом, можно говорить об эволюции космических систем мониторинга природной среды с постепенным увеличением доли в их структуре МКА и расширением возможностей и потенциала систем за счет включения МКА.

Безусловно, весь круг задач, решаемых в космосе, переложить на малые КА по вполне понятным причинам невозможно, да и нет необходимости, однако, задачи учебно-научного направления совместно с отработкой значительного количества частных исследовательских задач успешно решаются малыми КА. Развитие космических навигационных методов и методов решения баллистических задач, а также создание малогабаритной навигационной аппаратуры позволяют определить местоположение, скорость, характеристики орбиты для малых космических аппаратов, а это, в свою очередь, позволяет решать радиофизические задачи по исследованию Земли и космического пространства: распространение радиоволн по трассе спутник-Земля и спутник-спутник, исследование процессов, происходящих в ионосфере методами радоспектроскопии, исследование атмосферы, поверхности Земли, планет и глубинных процессов в них в радиодиапазоне. С другой стороны, развитие микроэлектромеханики совместно с микроэлектроникой, конечно, позволило значительно снизить массогабаритные характеристики как датчиков (микрогироскопов, микроакселерометров, солнечных и звёздных датчиков, ИК-горизонтов), так и исполнительных устройств (например, управляющих двигателей-маховиков), и обеспечивающих их взаимодействие бортовых вычислителей для систем точной ориентации и стабилизации малых КА.

Высокоточные системы ориентации и стабилизации малых КА позволяют, в свою очередь, воспользоваться узконаправленными антеннами и перейти в гигагерцовый диапазон как для организации высокоскоростных каналов передачи информации, так и для мониторинга Земли, атмосферы, космического пространства и Солнца в диапазоне СВЧ.

Эпоха студенческих малых космических аппаратов в нашей стране была открыта студенческим конструкторским бюро «Искра» студентами Московского авиационного института. Спутник Искра-4А (Радио-2) стал первым советским студенческим искусственным спутником Земли.

Спутник "Радио-2" был выведен на орбиту 26 октября 1978 года вместе со спутниками "Радио-1" (КБМЭИ) и «Космос-1045/Радио-3» (ДОСААФ). Спутник «Радио-2» проработал на орбите восемь месяцев при расчётных трёх. После в работу стали включатся многие образовательные учреждения, такие как:

Военно-космическая академия имени А.Ф.Можайского. Космические аппараты серии «Можаец».

Разработка первого аппарата «Можаец-1» — началась в 1995 и продолжалась полгода. Спутник использовался в качестве пособия в учебном процессе академии.

«Можаец-2» был запущен в1997 году под именем «Зея».

«Можаец-3», запущенный 28 ноября 2002 года используется в учебном процессе академии, а также для проведения научных экспериментов. Также как и в отношении спутник «Зея» платформа для полезной нагрузки сконструирована ФГУП «НПО ПМ» имени академика М.Ф.Решетнёва. Данный аппарат функционирует и в настоящее время, и у него есть второе негласное название «Старик Хоттабыч». «Можаец-4» был запущен27 сентября2003 года. «Можаец-5» был запущен 27 октября2005 годас помощьюракеты-носителя«Космос-3М» скосмодрома «Плесецк». Аппарат был выведен на расчётную орбиту, но не отделился от адаптера ракеты.

Московский государственный университет имени М.В.Ломоносова.

Космические аппараты серии «Татьяна», «Ломоносов».  «Университетский-Татьяна» - спутник, запущенный 20 января 2005, в честь празднования 250-летия Московского государственного университета им. М. В. Ломоносова.7 марта2007спутник перестал подавать сигналы.

Университетский-Татьяна-2 был запущен 17 сентября 2009 года.

28 апреля 2016 года Ракета-носитель «Союз-2.1а» вывела на орбиту с российский космический аппарат «Ломоносов».

Московский государственный технический университет имени Н.Э.Баумана.

Космические аппараты серии «Бауманец».

МКА «Бауманец» создавался к 175-летию основания Бауманского университета. 26 июля 2006 г из-за аварийного отключения двигателя ракеты МКА был утерян. Он должен был стать 25-м российским (советским) научно-образовательными спутником, запущенным с октября 1978 года.

Сибирский государственный университет науки и технологий имени академика М.Ф. Решетнёва, серия космических аппаратов "Юбилейный".

Юбилейный» RS-30 — российский малый научный спутник, запуск 23 мая 2008 г Длительность полёта 9 лет, 2 месяца, 23 дня

 

МКА «МиР», также известный как «Юбилейный-2» (RS-40) — российский малый космический аппарат. МКА «МиР» запущен 28 июля 2012 года.

 

Источник: https://www.road-to-space.ru/o-proekte-1

Задать вопрос