1. Введение
Завершены три года активного существования космического аппарата (КА) «Ресурс-ДК1», выведенного на орбиту искусственного спутника Земли 15.06.2006г. ракетой-носителем "Союз-У" с космодрома "Байконур".
Параметры рабочей орбиты: максимальная высота 604 км, минимальная высота 306 км, наклонение 70,4°, период обращения 94,02 минуты.
С 15.09.2006 г. после завершения этапа летных испытаний КА «Ресурс-ДК1» решением Государственной комиссии был переведен в режим штатной эксплуатации для получения целевой информации.
КА оптико-электронного наблюдения «Ресурс-ДК1» является многоцелевым искусственным спутником Земли и предназначен для многоспектрального дистанционного зондирования земной поверхности и обеспечивает [1]:
- оперативное получение высокоинформативных изображений в различных диапазонах видимого спектра с заданным качеством и количеством;
- доставку видео и научной информации по радиоканалу непосредственно на средства наземной инфраструктуры в масштабе времени близком, к реальному.
Заказчиком КА является Федеральное космическое агентство (Роскосмос). Разработчиком-изготовителем является Государственный научно-производственный ракетно-космический центр (ГНПРКЦ) «ЦСКБ-Прогресс», г. Самара в кооперации с предприятиями - ОАО «Красногорский завод», НПП «ОПТЕКС», ФГУП НИИ ТП, ФГУП РНИИ КП. Управление полетом КА осуществляется из Центра управления полетами (ЦУП ЦНИИМаш), город Королев Московской области.
2. Состав и задачи целевой и научной аппаратуры КА «Ресурс-ДК1»
Целевая аппаратура используется для получения информации дистанционного зондирования Земли по заявкам потребителей, научная аппаратура предназначена для изучения космического пространства.
В состав целевой аппаратуры входят:
- оптикоэлектронная аппаратура «Геотон-Л1», предназначенная для формирования изображения в плоскости чувствительных элементов;
- система приема и преобразования информации «Сангур-1»;
- бортовая аппаратура высокоскоростной радиолинии (ВРЛ), предназначенная для приема, хранения и передачи с высокой скоростью на Землю информации, полученной с целевой и научной аппаратуры.
Комплекс аппаратуры «Геотон-Л1», «Сангур-1» и ВРЛ позволяет обеспечить космические снимки заданной территории поверхности Земли по заявкам потребителей. Аппаратура позволяет осуществить съемку с разрешением на местности не менее 1 метра в панхроматическом диапазоне и от 2-х до 3-х метров в трех узких спектральных диапазонах. Ее производительность - до 700 000 км2 в сутки.
Информация, полученная с КА, может быть использована для решения различных социально-экономических задач, в том числе:
- информационное обеспечение рационального природопользования и хозяйственной деятельности: составление кадастров природных ресурсов, топографическое и тематическое картографирование;
- контроль состояния источников загрязнения атмосферы, воды и почвы с целью обеспечения природоохранных органов федерального и регионального уровней информацией для принятия управленческих решений;
- оперативный контроль чрезвычайных ситуаций техногенного и природного характера с целью эффективного планирования и своевременного проведения мероприятий по ликвидации их последствий.
На КА установлена научная аппаратура:
- итальянская аппаратура «Памела», предназначенная для поиска и исследования античастиц ядерного и электронно-позитронного состава первичных космических лучей в околоземном пространстве с целью решения фундаментальных проблем в области космологии. Состав участников эксперимента - Италия, Россия, Швеция, США, Германия;
- российская аппаратура «Арина» разработки МИФИ, предназначенная для регистрации высокоэнергичных электронов и протонов, их идентификации, выделения всплесков высокоэнергичных частиц - предвестников землетрясений.
3. Кооперация участников управления КА
Согласно концепции Роскосмоса, задачи управления КА научного и социально - экономического назначения (НСЭН), в том числе и КА «Ресурс-ДК 1», были возложены на ЦУП ЦНИИМаш. В ЦУП ЦНИИМаш созданы и неоднократно апробированы технические и программные средства, подготовлены квалифицированные специалисты, организована надежная связь со многими российскими и зарубежными организациями.
Для выполнения программы полета КА «Ресурс-ДК 1» была создана Главная оперативная группа управления (ГОГУ). Функции руководителя и заместителей руководителя полета, сменных руководителей полета, руководителей групп планирования и анализа были возложены на специалистов ЦУП ЦНИИМаш.
Головной организацией по КА "Ресурс-ДК 1" являлся ГНПРКЦ «ЦСКБ-Прогресс». На их представителей в ГОГУ были возложены функции технического руководства при управлении КА.
Головной организацией по наземному комплексу управления КА "Ресурс-ДК1" являлся Научно-исследовательский институт точных приборов.
Головной организацией по использованию КА "Ресурс-ДК1" в интересах решения целевых задач - Главным оператором КА являлся Научный центр оперативного мониторинга Земли.
4. Основные задачи управления полетом
Для обеспечения эксплуатации КА по целевому применению персонал управления в этот период решал следующие задачи:
- командно-программно-контрольного обеспечения;
- баллистико-навигационного обеспечения;
- информационно-телеметрического обеспечения;
- информационного взаимодействия ЦУП-ЦНИИМаш с организациями, участвующими в управлении КА;
- оперативного анализа работоспособности бортовой аппаратуры по данным телеметрической информации, включая выработку рекомендаций по выдаче командных воздействий на КА;
- детального анализа работоспособности бортовой аппаратуры с целью выявления тенденций и особенностей функционирования приборов. Это дает возможность скорректировать программу управления с целью обеспечения более эффективного получения целевой информации;
- расчета рабочих программ для закладки на борт;
- реализации программ сеансов связи с КА.
Программы включали в себя списки разовых команд немедленного исполнения и программные команды, отрабатываемые бортовым комплексом управления в заданное время.
Закладка на борт рабочей программы целевой аппаратуры проводилась с возможностью оперативной коррекции режимов съемки, на основе исходных данных, полученных из КТОИ;
Качественное выполнение задач управления КА позволяло с максимальной эффективностью реализовать программу управления бортовой аппаратуры, оперативно получать целевую информацию.
5. Состав и принципы построения аппаратно - программных средств ЦУПКА
Аппаратно-программные средства состоят из блоков, обеспечивающих независимое выполнение следующих специфических функций управления КА «Ре-сурс-ДК1»:
- формирования планов полета и массивов командно-программной информации;
- диагностирования состояния работоспособности бортовой аппаратуры КА;
- расчета прогноза движения КА, светотеневой обстановки, зон радиовидимости;
- обмена полетными данными с предприятиями Главного конструктора, Главного оператора, разработчиков бортовой аппаратуры.
Кроме того, для обеспечения управления привлекались средства инфраструктуры ЦУП ЦНИИмаш: комплекс внешних информационных обменов, приема полных потоков телеметрической информации, передачи командно - программной информации на наземные средства управления, локальная вычислительная сеть, средства связи.
Для обеспечения управления КА в ЦУП ЦНИИмаш были созданы высокотехнологичные аппаратно - программные средства. При этом была реализована направленность на достижение следующих целей [2]:
- оперативность выполнения функций управления. Это было достигнуто с использованием параллельного решения задач управления. Вычислительный сервер выполнял только функции базы данных о полетной информации, а все функциональные задачи параллельно решались на персональных компьютерах.
- надежность решения задач управления. При этом использовался принцип горячего резервирования. В случаях неисправностей сервера или компьютеров решение задач автоматически переводилось на резервные средства без информационных и временных потерь.
- информационная безопасность вычислительного процесса. Для этого применялись как программные, так и аппаратные средства защиты информации (минимизация доступа входной информации через внешние устройства), реализованные группой СОБИ (система обеспечения безопасности информации).
6. Особенности управления КА
Одним из основных достоинств объекта «Ресурс-ДК1» являлось возможность оперативной коррекции бортового программно-математического обеспечения с помощью командных воздействий, выдаваемых из ЦУП. Благодаря такой возможности персоналу ГОГУ удавалось оперативно парировать обнаруженные неисправности в работе бортовой аппаратуры КА, предотвращать развитие нештатных ситуаций и тем самым существенно повысить эффективность управления КА.
Другое достоинство заключалось в возможности самодиагностирования состояния работоспособности бортовых систем. На основе оценки телеметрической информации предусмотрено автоматическое выявление неисправностей или сбоев в работе бортовой аппаратуры и выдача команд либо для переключения неисправных блоков на дублирующие, либо для выключения целевой и научной аппаратуры. В последнем случае персонал ГОГУ организовывал работы по выяснению причин неисправностей и вырабатывал программы управления для восстановления нормальной работы КА.
Научная аппаратура «Памела» и «Арина» работали в режиме мониторинга, т.е. осуществляли непрерывные измерения и исследования научных данных. Бортовой комплекс, состоящий из аппаратуры «Геотон-Л1», «Сангур-1» и ВРЛ, обеспечивал получение космических снимков заданных районов Земли и работал в соответствии с исходными данными Главного оператора, передаваемых из ЦУП на борт КА.
КА «Ресурс ДК1» имеет возможность коррекции орбиты. Для этого предусмотрена комплексная двигательная установка (КДУ). С помощью КДУ на пятидесятом витке был осуществлен двухимпульсный маневр перехода КА на рабочую орбиту. За период эксплуатации с 15.06.06г. потребовалось лишь однажды производить подъем орбиты с помощью КДУ: так на витке 14876 04.02.2009г. была включена КДУ и за счет расхода 11,2 кг топлива была поднята орбита на 10 км. При помощи КДУ по окончании эксплуатации КА «Ресурс-ДК1», запланировано его затопление в акватории Тихого океана.
Система управления движением позволяла получать снимки не только «в плане», но и проводить азимутальные съемки, благодаря чему стала возможна съемка маршрутов, расположенных под углом к трассе полета спутника и, следовательно, увеличение площади снимаемой поверхности.
7. Основные итоги управления КА
К
моменту завершения трехлетнего срока эксплуатации КА совершил 16300 витков
вокруг Земли, в течение этого срока проведено более 3880 сеансов связи по
командной радиолинии и более 2300 телеметрических сеансов. Осуществлено около
6140 сеансов передачи целевой информации, в том числе и информации, полученной
с научной аппаратуры. С использованием целевой аппаратуры были получены
изображения по заявкам потребителей. За три года полета со спутника получены
космические снимки с площади более
57 млн. км2 поверхности Земли. С
использованием аппаратуры «Геотон-Л1» и «Сангур-1» было осуществлено более
18500 маршрутов съемки. Наработка аппаратуры «Памела» составила более
23500 часов, наработка аппаратуры «Арина» более 24700 часов. Аппаратура ВРЛ
произвела запись информации в 28900 режимах, которую передала на наземные пункты
приема в 6140 сеансах. Использовались два постоянно-действующих пункта приема
целевой информации, расположенные в г. Москве и
г. Улан-Уде.
Получаемые космические снимки пользуются значительным спросом потребителей, в том числе российских организаций Минтранса, Минприроды, МЧС и других ведомств. Опыт эксплуатации КА показал, что конкурентными преимуществами получаемых снимков является достаточно широкий размер кадра - 28-48 км в зависимости от высоты орбиты и высокое разрешение в спектральных зонах - на 1 -2 и З метра.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:
1. Космический аппарат «Ресурс-ДК1». Центр управления полетами. ЦНИИмаш. 2006. С.4.
2. Удалой В.А., Иванов Н.М.,
Соколов Н.Л. Оптимизация структурного состава универсального ЦУП
автоматическими КА. Международный симпозиум Аэрокосмические приборные технологии,
г. Санкт-Петербург. 2002. С. 10.