Спосіб планування роботи бортових систем космічних апаратів

Спосіб планування роботи бортових систем космічних апаратів (КА), який полягає в тому, що планування роботи бортових систем КА здійснюють планувальником бортового комплексу керування за критерієм максимальної корисності. (19) (21) u201012685 (22) 26.10.2010 (24) 25.02.2011 (46) 25.02.2011, Бюл.№ 4, 2011 р. (72) ОЖІНСЬКИЙ ВІКТОР ВАСИЛЬОВИЧ, ПАРФЕНЮК ВАСИЛЬ ГРИГОРОВИЧ, ТОПОЛЬНИЦЬКИЙ ПАВЛО ПЕТРОВИЧ, ЗАГОРУЛЬКО ОЛЕКСАНДР МИКОЛАЙОВИЧ 3 - з'являється можливість більш високої спеціалізації як технічних так і програмних засобів і підвищення за рахунок цього ефективності керування КА. В повній мірі реалізувати дані переваги можливо лише при наявності бортового комплексу керування, який здійснює значну частину обробки інформації: оцінку технічного стану бортових систем, визначення параметрів руху, підтримання високо стабільної сітки частот, шкал часу, вироблення керуючих дій з контролем їх реалізації. В іншому випадку однопунктна технологія має ряд недоліків: - неповна інформованість про космічний стан та результати вирішення поставлених перед КА завданнями; - відсутність можливості маневрування резервами (наприклад при виході зі строю одного з вимірювальних пунктів); - скорочення часу інформаційного обміну з КА та, як наслідок, зменшення об'єму інформації, що передається та приймається з борту КА; - складність балістико-навігаційного забезпечення польоту КА через зменшенню кількості та точності вимірів параметрів руху КА та їх аналізу; - різке скорочення області простору для проведення сеансів зв'язку з КА. Тому пропонується операції з планування роботи бортових систем КА проводити бортовим комплексом керування за допомогою спеціально розробленого алгоритму планування. В цілому планування роботи бортових систем КА з є досить простим функціонально (Фіг.2): На бортовий планувальник поступають два типи заявок: детерміновані заявки з інтенсивністю pd (наприклад заявки щодобового планування) та випадкові заявки з інтенсивністю ps (заявки на оперативне проведення будь-яких робіт, чи заявки викликані відмовами). Заявка проходить фази обслуговування. Завершенням обслуговування є передача планів роботи на елементи системи. Найбільш складним є обробка випадкових заявок, бо вона впливає на характеристики роботи усіх контурів забезпечення польоту КА та технології проведення робіт в цілому. Крім того космічна система має певне значення надійності, але може відмовляти, як у черговому стані так і при виконанні робіт. Інтенсивність ps визначається інтенсивністю відмови бортових та наземних засобів, а також інтенсивністю отримання оперативних заявок на роботу корисного навантаження КА. Тому робота наземних засобів зводиться до визначення переліку можливих реалізацій заявок на проведення зйомок, вмикання/вимикання комплексів наукової апаратури та бортового забезпечувального комплексу, розрахунку значень функції корисності Yi для кожного пакету інформації щодо операції, яку можливо виконати (час чи координати вмикання/вимикання, перелік команд керування та масивів інформації відповідно до циклограм функціонування, та прогнозовані необхідні бортові ресурси), та закладення всіх можливих реалізацій на борт КА. Тобто фактично на наземних засобах 57496 4 не приймається рішення на планування, а в автоматичному (автоматизованому) режимі здійснюються складні організаційно операції обробки заявок на роботу бортових систем КА та розрахунок їх можливих реалізацій, виконуючи потужні за обчислювальною складністю балістичні розрахунки. Задачею бортового планувальника стає раціональний розподіл ресурсів космічного апарату максимізація сумарної функції корисності: YK  n  c(x)  Yi , y(x), i 1 де c(x)   ,1 , 0  у(х) - часткові функції корисності, які характеризують кожну можливу реалізацію та розробляються при проектуванні КА. k - коефіцієнт, який має зміст часткової похідної критеріальної функції за k - тим критерієм, обчисленої в базовій точці. При обмеженнях витрат ресурсів КА: - електроенергетичних n  c(x) NBi (x)  NKH; i 1 - інформаційних - технічних n  c(x)IBi(x)  IЗП; i 1 n  c(x) ТBi (x)  ТЗП; i 1 NB - витрати енергоресурсу, пов'язанні з роботою апаратури корисного навантаження на інтервалі планування; NKH - енергоресурс, виділений для використанням апаратури корисного навантаження; ІВ - використаний об'єм записаної інформації, ІЗП - загальний об'єм бортового запам'ятовуючого пристрою апаратури корисного навантаження. Під електроенергетичним ресурсом розуміють частину ефективної потужності, яка генерується системою енергозабезпечення (СЕЗ) КА, яка виділяється для споживання апаратурою корисного навантаження: n NKН  NЗ  NСЗі , i 1 де NKH - енергоресурс, виділений для використанням апаратури корисного навантаження; NЗ - загальна потужність, генерована СЕЗ; n NСЗі i 1 - сумарна потужність енергоспожи вання систем забезпечення КА; По своїй суті алгоритм бортового планувальника статичний, тобто логіка його роботи не міняється з плином часу та зводиться до того, що на виконання вибирається перелік задач з максимізацією загальної користі. Але в роботі планувальника існує ряд тонкощів, таких, як розрахунок динамічного пріоритету задачі, критерії оцінки її 5 інтерактивності, тривалості кванту часу і багато іншого зумовленого специфікою конструкції КА та його призначенням. В залежності від задач, які вирішує КА та перерозподілу окремих задач планування між наземними та бортовими засобами виникає необхідність використання різних підходів до реалізації даних тонкощів. Ключові моменти роботи планувальника - його тонкі настройки необхідно ввести при розробці алгоритму (найбільш перспективним є використання генетичних алгоритмів) в набір констант, які можуть оперативно змінені та відображають ту чи іншу специфіку роботи планувальника. Важливо відмітити, що використання такого підходу дозволяє гнучко реагувати на різноманітні непрогнозовані відмови бортових систем, оперативні заявки і т. ін.. Таким чином, практичне застосування запропонованих підходів до планування роботи бортових систем КА дозволить максимально ефективно планувати роботу бортових систем при використанні існуючих часових та перспективних координатних методів керування КА. Перелік посилань 1. Машков О.А., Фриз СП. Методика оптимізації планування орбітальних засобів космічних систем спостереження //Збірник наукових праць ЖВІРЕ. - Житомир.: ЖВІРЕ, - №6. - С 80-91 2. Загорулько А.Н. Особенности программных способов управления космическими аппаратами 57496 6 при однопунктной технологии. // Моделювання та інформаційні технології: Збірник, наукових, праць. X.: НАНУ, Інститут проблем моделювання в енергетиці імені Г.Є. Пухова. - 2005.- Вип. 32. - С.80-87. 3. Загорулько А.Н., Моргун А.А., Богомья В.И., Мироненко В.Н., Ожинский В.В. Координатновременной способ управления космическими апаратами в условиях однопунктной технологии. // Проблемы управления и информатики. Международный научно-технический журнал - К.: Інститут кібернетики им. В.М. Глушкова НАН Украины, Институт космических исследований HAH Украины и НКА Украины. - 2007. - №1. -С.104-109. 4. Ханцеверов Ф.Р., Остроухов В.В. Моделирование космических систем изучения природных ресурсов Земли. – М.: Машиностроение, 1989. 264с. 5. Малышев В.В., Моисеев Д.В. Оперативное планирование процесса съемки земной поверхности с помощью автоматических ИСЗ // Исслед. Земли из космоса. – 1982. – №5. – С. 104–109. 6. Космические радиотехнические комплексы./ Под общ. редакцией Г.В. Стогова/ – М.: МО СССР, 1986. - 626с. 7. Моделирование и оценка эффективности применения космических систем: /Уч.пособие /Под общ. ред. Н.С. Пастушенко, В.П. Деденка.– Харьков.: ХВУ, 1997. - 278с. 7 Комп’ютерна верстка М. Ломалова 57496 8 Підписне Тираж 23 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601