На прошлой неделе в Госдуме состоялось первое заседание Экспертного совета по развитию электронной и радиоэлектронной промышленности при Комитете по экономической политике, промышленности, инновационному развитию и предпринимательству. Обсуждалась горячая тема - законодательное закрепление функций госзаказчика по разработке, производству, применению, стандартизации и обеспечению качества электронной компонентной базы (ЭКБ) для вооружения, военной и специальной техники (ВВСТ) за Минпромторгом. С докладом выступил заместитель директора департамента радиоэлектронной промышленности Минпромторга РФ Павел Куцько. И хотя большая часть его доклада проходила в закрытом режиме, кое-что из него все-таки можно раскрыть.
Идея закрепить функции госзаказчика за гражданским ведомством отнюдь не новая. Более того, вопрос уже был решен правительством РФ в 2009 году. Потом составляли план передачи этой функции от Минобороны Минпромторгу, правительство поручало ведомствам начать передачу. В дальнейшем еще одним поручением правительства было предписано двум ведомствам обеспечить взаимодействие. Казалось бы, цель достигнута и процесс должен завершиться. Но российские чиновники, сами, наверное, не подозревая, являются тайными последователями лидера II Интернационала Эдуарда Бернштейна. Или тайными троцкистами. «Разумеется, и в нашей стране и, собственно говоря, в любой стране всегда есть, всегда были и всегда будут силы, которым важна не перспектива развития, а броуновское движение постоянное. Помните известный троцкистский лозунг: «Движение – все, конечная цель – ничто», – сказал Владимир Путин на заседании федерального координационного штаба Общероссийского народного фронта 27 декабря 2011 года. Вообще-то товарищ Троцкий (в 100-летие Октябрьской революции грех его не вспомнить) в работе «Перед историческим рубежом. Политические силуэты» назвал этот лозунг «бессмыслицей и пошлостью», но очень показательным: «реформаторская повседневная борьба приняла самодовлеющий характер». Современная российская бюрократия это наглядно демонстрирует на примере передачи функций от одного ведомства другому.
Камнем преткновения стали положения Минпромторга о перечне ЭКБ, разрешенной для применения при разработке, модернизации и эксплуатации в ВВСТ, и о порядке применения ЭКБ иностранного производства. Коллегией ВПК они утверждены в качестве единственных межотраслевых документов. Однако никто не отменил приказа министра обороны, предусматривавшего разрешительный порядок применения ЭКБ иностранного производства в ВВСТ. Спустя семь лет выясняется, что Минобороны по-прежнему дублирует функции Минпромторга. У Главного управления вооружения Вооруженных сил РФ наравне с перечнем Минпромторга есть свой перечень разрешенной номенклатуры ЭКБ. Как выразился представитель гражданского ведомства, «это приводит к раздвоению личности у предприятий-потребителей, которые не понимают, какой документ использовать при формировании номенклатуры для комплектования образцов ВВСТ». Самый главный изъян в списке военных – в нем фигурирует продукция предприятий, которые уже не существуют, или изделия, которые не выпускаются на протяжении трех лет. Или, наоборот, на протяжении шести лет выпускаются предприятиями за собственный счет, потому что их заказывает военное ведомство. Кроме того, военные не ленятся брать на себя нелегкий труд согласовывать номенклатуру ЭКБ, что не нравится гражданскому ведомству.
Логично встает вопрос: какой у военных есть мотив? Ведь люди, которые работают в Главном управлении вооружения, наверняка хорошо знают состояние промышленности. Ответ, казалось бы, лежит на поверхности: в списке разрешенных изделий должно быть только то, что требуется для обороны страны, а не для бумажных отчетов.
Очередная попытка отстранить военных от формирования перечня разрешенной номенклатуры ЭКБ связана отнюдь не с укреплением обороны страны, а со стремлением чиновников во что бы то ни стало выполнить поставленную президентом стратегическую задачу – использовать потенциал оборонно-промышленного комплекса в производстве высокотехнологичной продукции гражданского назначения, востребованной на внутреннем и внешнем рынках.
Министр промышленности и торговли Денис Мантуров в прошлом году пообещал президенту поддерживать устойчивую динамику наращивания объемов выпуска гражданского сегмента на уровне не менее 5% прироста по году, что должно позволить выйти на пропорцию 50:50 к 2020 году.
Однако чтобы доля гражданской продукции составила около 50%, ее объем надо увеличить в шесть раз. Это трудно сделать, но еще труднее найти потребителей таких объемов в условиях жестких бюджетных ограничений. Нет заказчиков, нет спроса, нет сети обслуживания и сопровождения высокотехнологичной продукции. Кроме того, предприятиям ОПК трудно попасть в рамки конкурсных процедур при продаже гражданской продукции.
Между тем диверсификация оборонного производства не самоцель, а средство спасения радиоэлектронной промышленности от краха после 2020 года. По словам заместителя председателя Экспертного совета доктора технических наук Арсения Брыкина, радиоэлектронная промышленность пронизывает все звенья гособоронзаказа. По мнению другого участника заседания, кандидата технических наук Владимира Мельникова, это один из наиболее динамично развивающихся сегодня секторов российской экономики. Но ученый отмечает, что такой темп роста обусловлен прежде всего высокой долей гособоронзаказа – от 70 до 100%. Когда программа вооружения будет выполнена, значительные технологические, научные и производственные мощности останутся незадействованными.
В правительстве, очевидно, до сих пор раздумывают, как не ослабить обороноспособность и сохранить радиоэлектронную промышленность. Правда, на случай провала виновный уже обозначен, это Минобороны, которое на протяжении многих лет сопротивляется новациям Минпромторга.
ПАО «Октава» получит поддержку Минпромторга России в рамках масштабной программы Госкорпорации Ростех по восстановлению тульского завода. По итогам состоявшегося рабочего визита на предприятие директора департамента радиоэлектронной промышленности Минпромторга России Сергея Хохлова было принято решение создать совместную рабочую группу в рамках модернизации производства.
Во время визита Сергею Хохлову были представлены перспективные образцы продукции завода, а также основные подходы стратегии развития предприятия. Разработка и запуск новой продукции - одни из основных мер, которые необходимо реализовать в рамках возрождения легендарного отечественного бренда. На текущий момент ПАО «Октава» ведет разработки новых гарнитур, малогабаритных динамиков и переговорных устройств. В ближайшие несколько лет планируется запуск современной акустической техники, включая гарнитуры нового образца, проводные и беспроводные наушники, которые ранее не были представлены в производственной линейке завода, а также новые микрофоны, в том числе для конференц-связи, кино и телевидения.
Помимо обновления уже имеющейся продукции представленная стратегия развития включает в себя проведение НИОКР, масштабную модернизацию производственного оборудования и активизацию функций маркетинга и продаж. На данном этапе ведется разработка и развитие нового бренда, что включает построение сбытовой сети, а также полноценный выход на потребительский рынок.
Программа по развитию завода предполагает комплекс мер, среди которых наиболее важными являются модернизация оборудования и ремонт производственных помещений
Василий Бровко, председатель совета директоров «Октавы»
«Масштабная программа по развитию завода предполагает целый комплекс мер, среди которых наиболее важными являются модернизация оборудования и ремонт производственных помещений, достигших максимально критического состояния, а также решение проблемы низкой загрузки персонала. Сейчас мы разрабатываем систему мотиваций и премирования, а также прорабатываем другие существенные вопросы кадровой политики. Выполнение этих первостепенных задач позволит нам приступить к следующим этапам развития завода и возрождения известного по всему миру бренда», - заявил председатель совета директоров ПАО «Октава» Василий Бровко, который в Госкорпорации отвечает за развитие тульского завода «Октава» и создание на его базе творческого индустриального кластера.
По итогам состоявшегося рабочего визита Сергея Хохлова было принято решение создать совместную рабочую группу Минпромторга России и ПАО «Октава» с целью модернизации тульского завода акустического оборудования.
Напомним, весной текущего года Ростех принял решение возродить знаменитое предприятие в связи с реализацией масштабного социокультурного проекта по созданию творческого индустриального кластера, который будет открыт на базе имущественного комплекса завода «Октава». Проект реализуется при активной поддержке губернатора Тульской области Алексея Дюмина и является одним из ключевых в рамках развития города и региона.
Основанный в 1927 году тульский завод является единственным в стране разработчиком и создателем электроакустического оборудования как для гражданских целей, так и для оборонно-промышленного комплекса. В июне 2017 года тульский завод был передан в прямое управление Госкорпорации Ростех. Особый контроль обусловлен критическим состоянием предприятия. После полученного убытка по итогам 2016 года (19 млн рублей) финансовые показатели первого полугодия 2017 года подтвердили отрицательный тренд: выручка завода составила 99 млн рублей, а убыток - 13 млн.
«Хохлов Сергей Владимирович, директор Департамента радиоэлектронной промышленности Минпромторга РФ – председатель редсовета Члены совета: Авдонин...»
Хохлов Сергей Владимирович, директор Департамента радиоэлектронной промышленности
Минпромторга РФ – председатель редсовета
Члены совета:
Авдонин Борис Николаевич, ОАО ЦНИИ «Электроника», д.т.н., профессор, г. Москва
Акопян Иосиф Григорьевич, ОАО «МНИИ «Агат», д.т.н., профессор, г. Москва
Анцев Георгий Владимирович, ген. директор ОАО «Концерн «Моринформсистема-Агат», г. Москва
Белый Юрий Иванович, ген. директор НИИП им. В.В. Тихомирова, г. Жуковский
Беккиев Азрет Юсупович, ген. директор ОАО «Концерн «Созвездие», д.т.н., профессор, г. Воронеж Боев Сергей Федотович, ген. директор ОАО «РТИ», д.э.н., профессор, г. Москва Борисов Юрий Иванович, заместитель Министра обороны РФ, д.т.н., профессор, г. Москва Букашкин Сергей Анатольевич, ген. директор ОАО «Концерн «Автоматика», д.т.н., профессор, г. Москва Бушуев Николай Александрович, ген. директор ОАО «НПП «Алмаз», д.э.н., профессор, к.ф.-м.н., г. Саратов Верба Владимир Степанович, ген. директор ОАО «Концерн радиостроения «Вега», д.т.н., профессор, г. Москва Верник Петр Аркадьевич, директор АНО «Институт стратегий развития», г. Москва Вилкова Надежда Николаевна, ген. директор ЗАО «МНИТИ», к.т.н., д.э.н., профессор, г. Москва Гаршин Вадим Вениаминович, ген. директор ОАО « Мосэлектронпроект», г. Москва Гуляев Юрий Васильевич, директор института радиотехники и электроники им. В.А. Котельникова, академик РАН, г. Москва Зверев Андрей Владимирович, ген. директор ОАО «Российская электроника», к.
э.н., г. Москва Кожанов Дмитрий Александрович, ген. директор ФГУП «ЦНИИ ЭИСУ», г. Москва Козлов Геннадий Викторович, советник ген. директора ОАО «Концерн ПВО «Алмаз-Антей», д.т.н., профессор, г. Москва Красников Геннадий Яковлевич, ген. директор ОАО «НИИМЭ», академик РАН, г. Зеленоград Критенко Михаил Иванович, зам. начальника Департамента планирования и промышленной политики, к.т.н., г. Москва Мальцев Петр Павлович, директор ИСВЧПЭ РАН, д.т.н., профессор, г. Москва Минаев Владимир Николаевич, д.т.н., профессор, г. Москва Муравьев Сергей Алексеевич, советник директора Департамента радиоэлектронной промышленности Минпромторга России, к.т.н., с.н.с., г. Москва Немудров Владимир Георгиевич, ген. директор ОАО «НИИМА «Прогресс», д.т.н., профессор, г. Москва Попов Владимир Васильевич, президент ОАО «Светлана», к.т.н., г. Санкт-Петербург Ризнык Андрей Владимирович, ген. директор ОАО «Системы управления», г. Москва Сигов Александр Сергеевич, академик РАН, президент МГТУ МИРЭА, г. Москва Суворов Александр Евгеньевич, ген. директор ФГУП «МКБ «Электрон», г. Москва Турилов Валерий Александрович, ген. директор ОАО «КНИИТМУ», к.т.н., доцент, г. Калуга Федоров Игорь Борисович, президент МГТУ им. Н.Э. Баумана, академик РАН, д.т.н., профессор, г. Москва Чаплыгин Юрий Александрович, ректор МГИЭТ (ТУ МИЭТ), чл.-корр. РАН, г. Зеленоград Шахнович Илья Владимирович, шеф-редактор ЗАО «РИЦ «ТЕХНОСФЕРА», г. Москва Шубарев Валерий Антонович, ген. директор ОАО «Авангард», д.т.н., профессор, г. Санкт-Петербург Якунин Александр Сергеевич, ген.директор ОАО «Объединенная приборостроительная корпорация», г. Москва
– – –
УДК 629.78 + 004 ББК 39.66 + 32.973 Э30 Э30 Эйкхофф Йенс Бортовые компьютеры, программное обеспечение и полетные операции.
Введение Москва: ТЕХНОСФЕРА, 2014. – 344 c., ISBN 978-5-94836-388-2 В этой книге достаточно подробно описывается широкий спектр важных аспектов разработки и эксплуатации спутников. Освещены вопросы системного подхода в трех направлениях: разработке бортовых компьютеров, бортового программного обеспечения и принципов эксплуатации спутников, а также их взаимосвязи. Книга стала результатом написания курса лекций, который используется для обучения студентов в Штутгартском университете в течение нескольких лет.
Книга в равной степени может использоваться студентами и профессионалами, специализирующимися во многих инженерных дисциплинах. Она подходит и как вводный курс, и как справочное руководство для современного системного проектирования.
– – –
Copyright © Springer-Verlag Berlin Heidelberg 2012 Springer Berlin Heidelberg is a part of Springer Science+Business Media All Rights Reserved © 2014, ЗАО «РИЦ «ТЕХНОСФЕРА», перевод на русский язык, оригинал-макет, оформление
– – –
Выход в русском переводе книги Йенса Эйкхоффа «Бортовые компьютеры, программное обеспечение и полетные операции. Введение» представляет большой интерес для российских специалистов, работающих в области бортовых компьютерных систем. Хотелось бы выделить два принципиально важных момента.
Первый - с точки зрения методического подбора и изложения материала.
Точность и четкость структурирования излагаемых положений свидетельствуют не только о большой педагогической практике автора, но и о большом его конструкторском опыте. Подкупает предельная ясность последовательности и объема планируемых операций и функций, которые необходимо реализовать на каждой стадии процесса разработки подсистем космических аппаратов и аппаратов в целом, их эксплуатации. Как учебное пособие материал, безусловно, будет положительно воспринят российскими студентами профильных вузов, а также молодыми специалистами, приступающими к разработке космической техники.
Второй момент связан с попыткой автора скомплексировать три основные задачи, которые вынужден решать разработчик космического аппарата. Это задачи: разработки бортового компьютера спутника и бортового программного обеспечения, разработки принципов работы (концепции) космического аппарата.
Сам автор признает: «…Не было никаких литературных источников, посвященных разработке системной взаимозависимости между этими тремя темами». Думается, системный подход при разработке бортовых систем управления космических аппаратов, построенных на основе бортовых вычислительных комплексов, является базовым методологическим инструментом. В отечественной практике он нашел практическое применение с первых шагов создания бортовых вычислительных комплексов, и, более того, уже много лет он закреплен в фундаментальных нормативных документах.
К сожалению, в силу ряда объективных и субъективных причин в рассматриваемой книге совершенно не нашел отражение опыт, наработанный в Советском Союзе и Российской Федерации в области подходов и методического обеспечения при создании и эксплуатации космической техники, в том числе бортовых вычислительных машин. Это в значительной степени обогатило бы и методологическую часть и позволило бы расширить кругозор студентов, изучающих вопросы разработки спутниковых бортовых компьютеров в совокупности с бортовым программным обеспечением. А без изложения исторического пути, пройденного отечественной промышленностью в процессе Предисловие редактора перевода разработки и испытаний в космосе бортовых компьютерных систем управления, создается ощущение незаконченности и отсутствия полноты излагаемого материала в разделе «История развития бортовых компьютеров». И это действительно так. Богатейший опыт в этой области имеют предприятия российской космической отрасли: РКК «ЭНЕРГИЯ» им. С.П. Королева, «ИСС им. академика М.Ф. Решетнева», «НПО им. С.А. Лавочкина» и другие.
В кооперации с ними работает и наше предприятие. Нами наработан обширный опыт создания, наземной экспериментальной отработки и непосредственной эксплуатации бортовых компьютеров.
Представляется, что информация по отечественным разработкам существенным образом могла бы дополнить содержание главы 3 части II «Бортовые компьютеры». Очевидная польза от такого взаимного проникновения была бы как для иностранных, так и для отечественных специалистов, обучающихся и работающих в данной области компетенций. В книге наши специалисты найдут много интересного для себя. К примеру, весьма интересен подэтап «Замораживание проектирования бортового программного обеспечения и оборудования». Для разработчиков бортового программного обеспечения крайне важно на завершающем этапе провести комплексный анализ всех стыковочных узлов, в том числе и с характеристиками целевой нагрузки (в транскрипции автора «характеристиками инструментов нагрузки»). В то же время отечественная практика могла бы существенным образом обогатить «Часть IV.
Эксплуатация спутников» в подходах формулирования задач эксплуатации и формирования концепции эксплуатации космических аппаратов.
Современные интеграционные процессы предполагают разработку и поставку аппаратуры не только на отечественный, но и на международный рынок.
Развивается международное сотрудничество, в частности с Европейским космическим агентством. Несомненно, знакомство с концептуальными подходами в проектировании, разработке космических аппаратов, их вычислительной среды и программного обеспечения представляет большой интерес для наших студентов, специалистов и менеджеров, поскольку имеется много специфического и отличного от нашего в подходах проектирования на американских и европейских фирмах.
Думается, представляемая книга будет полезна не только студентам профильных вузов, но и специалистам, работающим в области космической техники и бортовых вычислительных систем.
Генеральный директор ЗАО НТЦ «Модуль»
кандидат экономических наук Андрей Анатольевич Адамов Направления проектирования спутников всегда определялись целью их эксплуатации, поэтому нагрузка и ее инфраструктура, интегрированная в конструкцию спутника, должны были удовлетворять поставленным задачам и в некоторых случаях имели определенную автономию. «Мозгом» спутника является бортовой компьютер с бортовым программным обеспечением, который должен обеспечивать функционирование всех систем, выполнение операций и обслуживание, направленное на подготовку к выполнению поставленных задач. Наконец, успешное выполнение полетных операций возможно только при наличии оптимальной взаимосвязи космического и наземного сегментов посредством соответствующей обработки и управления потоком данных.
Существует множество примеров, в которых гибкость операционной системы спутника определяла провал или успех всего полета космического аппарата.
Абсолютно неожиданное развитие событий во время полета или отказа бортовых систем - распространенная ситуация во время эксплуатации научных или исследовательских спутников. Спутники связи также нуждаются в надежных и гибких бортовых системах, как это показало поразительное восстановление работы европейского спутника Artemis в 2003 году, когда через 18 месяцев, в момент возобновления работы всех систем, появилась возможность вывести этот спутник на заданную орбиту. Кроме того, выполнение новых правил относительно запрета космического мусора и вывода с орбиты спутников, отработавших свой срок службы, требует надежных и гибких бортовых компьютерных систем, которые должны сохранять эксплуатационные характеристики до самого конца срока службы спутника, даже когда некоторые важные компоненты космического аппарата, такие как гироскоп, уже не работают.
Эта книга называется «Бортовые компьютеры, программное обеспечение и полетные операции. Введение» и достаточно подробно описывает широкий спектр важных аспектов разработки и эксплуатации спутников. Мы знаем, что это первая книга, полностью описывающая всю тему проектирования спутников, включая взаимосвязь отдельных направлений разработки их систем. Она стала результатом написания курса лекций, который использовался и используется для обучения студентов в Штутгартском университете в течение нескольких лет. Эта книга в равной степени может использоваться студентами и профессионалами, специализирующимися во многих инженерных дисциплинах. Она подходит как вводный курс, а также как справочное руководство для современного системного проектирования.
Сентябрь 2011 года Профессор, доктор Ганс-Петер Резер, Профессор, доктор Фолькер Либег, исполнительный директор Института руководитель программ наблюдения Земли космических систем Штутгартского Европейского космического агентства университета После приглашения в институт космических систем Штутгартского университета в качестве производственного консультанта и преподавателя по системному проектированию в проект по разработке малого спутника Flying Laptop («Летающий ноутбук»), начатый в 2009 году, я был вынужден решать задачи разработки:
разработка бортового компьютера спутника;
Бортового программного обеспечения;
Разработка принципов работы (концепции) космического аппарата.
Источниками трудностей при их решении были не сложность космического аппарата и не отсутствие доступных промышленных технологий. Проблема заключалась в том, что ни одна из этих тем до сих пор не рассматривалась в каком-либо курсе лекций в Штутгартском университете и не существовало никакой адекватной вводной литературы для студентов, которую они смогли бы изучить, прежде чем приступать к решению таких сложных инженерных задач спутниковой программы. В частности, не было никаких литературных источников, посвященных разработке системной взаимозависимости между этими тремя темами. Таким образом, все студенты и аспиранты должны были проходить подготовку одновременно с ведущимися процессами проектирования, разработки и верификации работы космического аппарата.
Эта ситуация стала источником для создания курса лекций, предназначенных для освещения системного подхода во всех трех указанных выше направлениях: разработке бортовых компьютеров, бортового программного обеспечения и принципов эксплуатации спутников, а также их взаимосвязи. Лекции были высоко оценены, и после двух лет улучшений их рукопись была принята для публикации в качестве учебного пособия.
Повышенный интерес студентов и спрос на исследования по данным темам в рамках диссертаций, дипломных работ, докторских диссертаций вместе с шансом получить практический опыт работы во время участия в институтском проекте со всей очевидностью подтвердили необходимость этого курса лекций. Я надеюсь, что эта книга послужит хорошим источником базовых знаний для студентов, позволит им улучшить свой профессионализм в таких сложных областях, как разработка спутниковых бортовых компьютеров и бортового программного обеспечения, или проектирование контроллера полезной нагрузки, или эксплуатация космических аппаратов.
Имменштад (Бодензее), 2011 год Йенс Эйкхофф Эта рукопись охватывает широкий спектр технологических аспектов и не обрела бы такой образовательный потенциал без присутствия высококачественного графического материала, полученного из профессиональных источников - с производства и от аэрокосмических агентств.
Поэтому здесь я имею счастливую возможность поблагодарить за предоставленные рисунки и фотографии следующие организации:
институт космических систем, университет Штутгарта, Германия;
Центр космических операций ESA/ESOC (ESA/ESOC - Европейского космического агентства / Европейского центра космических операций), Дармштадт, Германия;
Аstrium GmbH - Satellites, Фридрихсхафен, Германия;
Аeroflex, Колорадо-Спрингс. США;
Аeroflex Gaisler, Гётеборг, Швеция;
RUAG Aerospace Sweden AB, Гётеборг, Швеция;
BAE Systems, Манассас, США;
Германский аэрокосмический центр DLR/GSOC, Оберпфаффенхофен, Германия;
Jena Optronik GmbH, Йена, Германия.
Все материалы, полученные из производственных организаций и используемые в тексте книги, приводятся в соответствии с источником и авторскими правами.
Все общедоступные материалы, взятые с веб-сайтов ESA и NASA (NASA - National Aeronautics and Space, национальное агентство по аэронавтике и исследованию космического пространства), используются в соответствии с авторскими правами и условиями использования, указанными, например, в письме от [email protected], и также в соответствии с информацией владельца авторских прав. Рисунки и фотографии, использование которых регулируется GFDL (GFDL - GNU Free Documentation License, лицензия свободной документации GNU) или Creative Commons License, взяты из «Википедии» и также приведены согласно правилам лицензий.
В начале этой книги я хочу выразить особую признательность профессору, доктору Фолькеру Либигу, который стал инициатором в предоставлении мне графического и фотоматериала от ESA об эксплуатации спутников для глав 14 и 15, а также Нику Мардлу, руководителю производства космического аппарата CryoSat в ESOC, за тщательный отбор соответствующего материала, который оптимально дополняет текст.
Благодарности Кроме того, я хотел бы выразить свою благодарность профессору доктору Хансу-Петеру Резеру из института космических систем, который в 2003 году привлек меня к сотрудничеству в качестве приглашенного лектора и в 2009 году пригласил как производственного консультанта по системному проектированию в проект малого спутника FLP, и моему руководителю в EADS Astrium в Фридрихсхафене Экхарду Сеттельмейеру за поддержку во время этой внештатной учебной деятельности.
Я очень многим обязан Дэйву Т. Хэслэму, который выполнил корректуру книги как носитель английского языка.
В Springer-Venag GmbH по всем вопросам создания макета книги и другим проблемам, которые обычно возникают у автора при публикации в издательстве, меня всеми силами поддерживали мадам Кармен Вулф и доктор Кристоф Бауман. Особую благодарность хочу выразить доктору Бауману за рассмотрение моих предложений по оформлению обложки.
Наконец, я хочу поблагодарить мою семью и особенно мою жену за ее поддержку и мотивацию, а также за то, что она терпеливо сносила в течение многих вечеров мое сидение перед компьютером, когда я только начинал формировать курс этих лекций, а потом - когда писал эту книгу.
Благодарю всех за оказанную мне поддержку.
Йенс Эйкхофф Технические сокращения
– – –
Зонд Rosetta и спускаемый аппарат Philae. © ЕSА Несмотря на то, что предназначение нагрузки, например, спутникового радара или оптических инструментов является основной движущей силой при создании космических аппаратов, функциональность платформы управления играет важную роль в эффективном выполнении их полетного задания. Учитывая такие ключевые характеристики, как увеличение точности геолокационных данных, требуемых нагрузке для выполнения своей задачи по наблюдению поверхности Земли, требования к функциональности спутниковой платформы управления растут опережающими темпами. Та же тенденция прослеживается при разработке особых полетных заданий, например измерения гравитационного поля Земли для дальних космических полетов и новейших концепций наблюдения Земли с геостационарной орбиты.
Функциональность платформы управления главным образом определяется функциональностью бортового программного обеспечения (OBSW - Onboard Software) и эксплуатационной гибкостью его наземного управления, что основано на функциях и особенностях бортового программного обеспечения. Производительность самого бортового программного обеспечения соответственно ограничена производительностью имеющегося бортового компьютера (ОВС - Onboard Computer) и аппаратных средств. Таким образом, обеспечение управляемой с земли цепочки операций космических аппаратов, включая работу OBSW, платформы управления, устройств нагрузки через аппаратуру ОВС, является ключевой задачей системного проектирования современных спутников.
1.1. Аспекты проектирования 1.1.
При создании космических аппаратов разработка первоначальных требований к проектированию, однако, не охватывает детали, касающиеся бортового компьютера, программного обеспечения или эксплуатационных процедур и т.д.
Основные требования к полетному заданию космического аппарата на стадии разработки спутника B/C/D устанавливаются в двух ключевых документах, а именно:
Документации, регламентирующей системные требования (SRD - System Requirements Document);
Регламентирующих требованиях в нормативной документации к служебному интерфейсу (OIRD - Operations Interface Requirements Document).
SRD включает в себя технические требования как космическому, так и к наземному сегменту миссии. OIRD охватывает требования к эксплуатации космического аппарата с земли.
Производитель космических аппаратов на основе этих первичных документов разрабатывает набор производных требований, которые сосредоточены исключительно на функциях космического аппарата в так называемых «Технических требованиях к космическому аппарату» (SRS - Satellite Requirements Specification).
Таким образом, SRS содержит проектные и эксплуатационные требования ко всему оборудованию космического аппарата, его функциональности и производительности, среди которых выделены особо следующие требования:
К инструментам/нагрузке;
Cистеме управления угловой ориентацией и орбитой (AOCS - Attitude and Orbit Control System), проектированию и производительности этой системы;
Подсистеме питания и ее управлению;
Тепловой подсистеме и ее управлению;
Бортовой подсистеме обработки данных (DHS - Data Handling System);
Выявлению, изоляции и восстановлению отказов на космическом аппарате (FDIR - Failure Detection, Isolation and Recovery);
Совместимости с наземным сегментом.
Это базовая проектная документация разработки космического аппарата, в неявном виде она служит для формирования требований к проектированию бортового программного обеспечения для управления космическим аппаратом, во вторую очередь - для разработки требований к бортовому компьютеру и принципам эксплуатации космического аппарата. Разработка во всех трех направлениях должна вестись параллельно, дополняя друг друга в соответствии с конкретными задачами и функциями.
В области разработки бортовых компьютеров, программного обеспечения и принципов эксплуатации нужно принять во внимание ряд аспектов. Бортовые 26 Глава 1.
Введение компьютеры по сравнению с отраслевым стандартом встроенных контроллеров или автомобильных контроллеров должны обеспечивать:
значительную устойчивость к отказам, которой можно достичь только за счет резервирования;
электромагнитную совместимость (EMC - Electromagnetic Compatibility) в условиях космоса;
и, кроме того, устойчивость к излучениям высокоэнергичных частиц.
Последнее требование не может быть удовлетворено путем применения стандартных высокоинтегральных схем (ИС), используемых в современных микропроцессорах персональных компьютеров. Процессоры для космических приложений требуют более низкой плотности интеграции микросхем и большей их специализированности. Это, в свою очередь, приводит к уменьшению достижимой тактовой частоты процессора (типичные значения - 20-66 МГц). Кроме того, современные бортовые компьютеры все еще должны обслуживать большое количество различных типов интерфейсов, таких как:
последовательные или LVDS-интерфейсы со стороны транспондера;
Аналоговые интерфейсы и шины данных со стороны платформы и оборудования полезной нагрузки.
И, наконец, все интерфейсные подключения, по крайней мере частично, должны иметь избыточный резерв.
Сходные ограничения также накладываются и на бортовое программное обеспечение спутника.
OBSW должно быть:
управляемым в реальном времени;
Позволять осуществлять как интерактивное дистанционное управление космическим аппаратом, так и автономное управление;
типичная сегодня концепция бортового программного обеспечения - это обслуживание на основе многоуровневой архитектуры управления и ввода/ вывода (I/O) следующих программ:
программы обработки I/O данных и протоколов шины данных, режимы управления нагрузкой, AOCS, подсистемами терморегулирования и электропитания;
режимы выявления, изоляции и восстановления отказов.
Должны быть подробно представлены следующие группы основных принципов эксплуатации космического аппарата:
Команды и управление нагрузкой и платформой с помощью вышеописанной системы обслуживания на основе бортового программного обеспечения;
Принцип эксплуатации космического аппарата должен быть основан на
– – –
телеуправление/телеметрия (TC/TM - Telecommand/Telemetry) OBSW, управление пакетами программ в сервисной архитектуре OBSW должно удовлетворять базовым требованиям заказчика, например стандарту ESA использования пакетов (PUS - Packet Utilization Standard);
Основные принципы полетного задания должны быть разработаны с учетом видимости с наземной станции, использования сети наземных станций, энергетического бюджета линий связи и оперативного графика наземного управления;
Кроме того, основные принципы эксплуатации должны:
поддерживать наземный контроль всех номинальных функций платформы и полезной нагрузки;
осуществлять наземный контроль при проведении процедур FDIR и восстановительных работ;
позволять осуществлять обновление OBSW, расширение полетных функций и исправление программного обеспечения с земли.
Подробные требования к проектированию бортового программного обеспечения, бортовых компьютеров и космических операций являются результатом анализа полетного задания и сформулированных принципов проекта космического аппарата.
– – –
Восходящий/нисходящий канал связи для команд / Нисходящий канал связи для передачи управления космическим аппаратом в S-диапазоне научных данных в Х-диапазоне Рис. 1.1. Модульный спутник и его бортовые компьютеры 28 Глава 1. Введение
– – –
Приближение зонда Rosetta к астероиду Stein. © ESA 2.1.
На рис. 2.1 представлено разбиение на стадии процесса разработки космического аппарата. Под названием каждой стадии перечислены основные задачи, которые должны быть решены в этот период. На рис. 2.2 показан дополнительно
– – –
Рис. 2.1. Стадии разработки космического аппарата и соответствующие им задачи 1 Electrical Ground Support Equipment, наземное вспомогательное электрооборудование. – Прим. ред.
30 Глава 2. Анализ и проектирование полетного задания и космического аппарата
– – –
Рис. 2.2. Стадии разработки космического аппарата и их анализ: PRR (Preliminary Requirements Review) - предварительный анализ требований проекта; SRR (System Requirements Review) - анализ системных требований к проекту; PDR (Preliminary Design Review) - предварительный анализ проекта; CDR (Critical Design Review) - анализ технического проекта; QR (Qualification Review) - анализ результатов испытаний на соответствие техническим требованиям; FAR (Flight Acceptance Review) - летная приемочная проверка. Источник © ECSS-M30A обзорный график разработки космического аппарата с перечислением основных стадий в соответствии с данными ЕСSS-E-M30A.
Анализ полетного задания выполняется уже на первой стадии проектирования 0/А. Результатом такого пошагового анализа является разработка требований к наземному и космическому сегментам полета, которые в дальнейшем будут уточнены на стадии В во время анализа PDR. Системное проектирование OBC, OBSW и разработка основных принципов эксплуатации начинаются после выполнения SRR. Таким образом, в течение стадий А-С и до начала
CDR должны быть определены следующие элементы:
нагрузка космического аппарата и ее функции;
Параметры орбиты / траектории / маневров космического аппарата;
Режимы эксплуатации космического аппарата;
Обязательные AOCS и подсистемы платформы;
Используемое бортовое оборудование и его соответствие проекту;
Оборудование связи наземного и космического сегментов;
– – –
выполнение точно в срок автономных функций, например запуска и вывода на начальную орбиту (LEOP - Launch and Early Orbit Phase);
функции FDIR, безопасный режим обработки и т.д.;
Тестовые функции;
Определение функций, которые должны быть реализованы оборудованием в соответствии с командами программного обеспечения.
Все это необходимые факторы при проектировании ОВС и OBSW, высокоуровневых систем и подсистем, а также разработки основных принципов эксплуатации космического аппарата.
2.2. - Анализ полетного задания необходим для определения орбиты, являющейся оптимальной для следующих целей:
качественного выполнения задания оборудованием нагрузки;
Выполнения полетного задания в заданные сроки;
Возможных контактов с наземными станциями для осуществления нисходящей связи в рамках полетного задания нагрузки и наземного обслуживания.
Результатом такого анализа является разработка следующих требований:
сохранение данных о выполнении нагрузкой полетного задания;
Сроки и автономное функционирование бортовых систем;
Энергетический бюджет линий связи.
Из этой элементарной оценки следует определение:
характеристик приборов нагрузки;
Основных характеристик рабочей орбиты и орбиты/траектории LEOP;
Конструктивных характеристик космического аппарата:
Панели солнечных батарей на корпусе (SA), развертываемых SA, развертываемых антенн;
развертываемые компоненты стрелы
датчики/приводы подсистем AOCS;
Оборудование подсистемы питания;
Оборудование подсистемы терморегуляции;
Оборудование подсистемы обработки данных.
В итоге производится первое определение:
элементарных режимов нагрузки;
32 Глава 2. Анализ и проектирование полетного задания и космического аппарата
– – –
элементарных режимов эксплуатации космического аппарата;
Плюс данных нефункционального проектирования как оценки бюджетов (массы, мощности).
Следующим должно быть примерное определение требований к каждому из вышеперечисленных функциональных компонентов для всех этапов разработки сверху вниз - по уровням детализации проекта. Все эти компоненты будут впоследствии пересчитываться и уточняться.
Таблица 2.1.
Стадия А - область проектирования
– – –
2.3. - Фаза В представляет собой первую полную техническую проработку проекта на системном уровне. Она включает в себя проведение ряда подробных анализов в различных областях. Не претендуя на полноту, необходимо составить список самых основных видов анализа с учетом их подзадач. Одним из важных предметов анализа является уточнение следующих основных характеристик орбиты:
параметры номинальной эксплуатационной орбиты;
Параметры переходных орбит и траекторий, включая LEOP-траектории;
Управление маневрами на орбите;
Увод с орбиты - снижение или подъем после окончания срока эксплуата
– – –
С определениями характеристик орбит, маневрами на орбите и траекториями тесно связано определение режимов работы космического аппарата в номинальном режиме и в случае отказов. На рис. 2.4 приведен пример многоуровневой диаграммы разных режимов эксплуатации космических аппаратов. Она включает в себя обозначение возможных режимов работы
– – –
Рис. 2.4. Режимы работы спутника и переходы между ними. © Astrlum GmbH 34 Глава 2. Анализ и проектирование полетного задания и космического аппарата космического аппарата и идентификацию соответствующих событий (триггеров), которые будут запускать переходы между режимами, а также перечень необходимых команд для осуществления перехода на нужный режим. На этом уровне, естественно, еще не определяется точный список таких телекоманд. Однако уже уместно идентифицировать основные режимы, поскольку позднее они станут объектом управления бортового программного обеспечения.
Следующим шагом уточнения проекта на фазе В является тщательная проработка полного дерева1 космического аппарата со всеми основными физическими и функциональными элементами, в том числе бортового программного обеспечения как элемента дерева изделия и в конечном счете любого программного обеспечения для спутниковых приборов, которые будут разработаны, или программного обеспечения для контроллеров подсистем.
На рис. 2.5 показан пример фрагмента такого дерева изделия на стадии разработки В.
Datei Bearbeiten Ansicht Einfьgen Format Extras Daten Fenster ?
– – –
1 Дерево изделия - блок-схема конструкции в виде иерархического дерева составных узлов и деталей. - Прим. пер.
2.3. Стадия В - техническая проработка проекта космического аппарата Рис. 2.6. Пример диаграммы режимов эксплуатации оборудования После завершения формирования дерева космического аппарата следует идентификация деревьев отдельных типов оборудования, которое будет использоваться для выполнения полетного задания, например выбора следящего телескопа теленаведения Х от поставщика Y. В идеальной ситуации этот выбор становится вполне очевиден в конце стадии В. При реальном проектировании, однако, может возникнуть ситуация, когда уже отобранное и одобренное оборудование не имеет нужного квалификационного уровня. В таких случаях следует рассмотреть несколько альтернативных решений. Если блоки специального оборудования можно выбрать с помощью документации поставщика, то автоматически можно получить информацию о его режимах работы оборудования, определить переходы между режимами, телекоманды и телеметрию.
Содержание Введение. "Поэт в России больше, чем поэт". 2 Глава I. Контекст, подтекст, затекст и фоновые знания. 4 Глава 2. Упражнения.. 14 1. Подготовительные упражне...» Е.В. Сибирский федеральный университет Вопросы о природе инноваций, специфике инновационной деятельности и методах управления ею приобретают сегодня актуальнейший характер...» указанный угол вокруг одной оси. Центр поворота – задать центр пов...»
2017 www.сайт - «Бесплатная электронная библиотека - различные документы»
Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам , мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.
