Программа полета космического аппарата

КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА ПО ТЕМЕ:

Программа полета космического аппарата

Программа полета космического аппарата — это описание процесса полёта; документ, регламентирующий функционирование космического аппарата (КА) в полёте и работу комплекса средств, обеспечивающих управление полётом, а для космического комплекса (КК) также действия экипажа.

Программа полета определяет:

задачи, продолжительность полёта, последовательность операций и логическую связь между ними, содержит данные:

о баллистической схеме (траектория движения КА, время и место включения двигателей, возможные астрономические энергетические и др. ограничения на даты старта или на проведение каких либо операций по участкам полёта КА и т. п.),

о динамическом состоянии КА (режимы ориентации, закрутки, программные развороты и т. п.),

режимы работы бортовых систем, агрегатов и конструкции КА, последовательность проведения научных экспериментов и исследований, порядок действия экипажа в процессе полёта, режимы его работы и отдыха, другие сведения, необходимые для управления полётом КА.

В программе полета могут дополнительно содержаться сведения:

о технических характеристиках бортовых систем (рабочие частоты, циклограммы, команды управления и др.),

о запасах рабочих тел и их расходе или пополнении (например, о подзарядке аккумуляторных батарей, увеличении запасов воды в СЖО, дозаправке топливом после стыковки с другим КА),

об изменении состава КА по этапам полёта (перестыковка отсеков, сброс капсул) и др.

В программе полета:

излагаются порядок и правила управления КА в процессе полёта, содержатся сведения о зонах радиовидимости КА с наземных станций слежения, определяются сроки проведения и задачи сеансов связи КА со станциями слежения (обмен информацией между бортовой ЭВМ и наземным вычислительным комплексом, приём с КА телеметрической информации, передача на КА радиокоманд управления, проведение траекторных измерений и т. п.),

определяются перечень средств наземного комплекса управления, режимы их работы и схема связи между ними с использованием наземных широкополосных каналов связи или каналов связи через ИСЗ.

Программа полета КА содержит также сведения о функционировании аппарата и о порядке управления им при возникновении нештатных ситуаций или отказов, вызывающих необходимость изменения штатной программы полета. Нештатные ситуации группируются, определяются типовые, устанавливаются общие принципы выхода из них и даются частные программы дальнейшего полёта. Наличие таких частных программ повышает оперативность и надёжность управления КА в полёте.

Программа полета, как правило, разрабатывается параллельно с созданием КА в несколько стадий. В зависимости от стадии изменяется объём сведений, содержащихся в программе полета, и их детализация. На предэскизном проектировании проводятся сравнительные исследования совокупности возможных вариантов полёта, основных характеристик бортовых систем и средств наземного комплекса управления. Анализ нештатных ситуаций позволяет определить дополнительные требования к бортовым системам, заложить необходимые резервы расходуемых компонентов, повысить гибкость управления КА. На стадии разработки рабочей документации и изготовления КА программа полета претерпевает изменения, связанные с учётом реальных характеристик созданных к этому времени бортовых систем и конструкции КА. На этом этапе программа полета используется для контроля правильности построения логики функционирования бортовых систем и совместимости их основных характеристик. На стадии подготовки КА к полёту программа полета дополняется рядом документов, конкретизирующих и формализирующих её положения в вид, удобный для оперативного управления полётом КА. В случае если КА входит в состав космической системы, его программа полета является частью общей программы функционирования космической системы.

Рассмотрим подробнее структуру задач управления эксплуатацией ЛК.

Всю совокупность задач управления можно условно разделить на две группы:

разработку планов или программ создания и эксплуатации отдельного комплекса и системы ЛК;

оперативное управление выполнением этих планов или программ.

Конкретизируем задачи управления, входящие в эти группы.

К первой группе относят задачи разработки:

эксплуатационной части ТТ к ЛК;

программы поддержания ЛК в готовности к применению;

плана ввода в эксплуатацию системы ЛК;

плана снятия с готовности комплексов и замены их новыми или модернизируемыми.

Ко второй группе относят задачи:

оперативного управления вводом ЛК в эксплуатацию;

поддержания ЛК в готовности к применению;

применения ЛК по назначению;

снятия ЛК с готовности или замены их новыми (модернизируемыми) комплексами.

Среди задач планирования центральной задачей можно считать разработку программы поддержания комплекса в готовности к применению. Эта программа в основном определяет объем и периодичность контроля за состоянием комплекса, содержание и периодичность различных видов технического обслуживания, способы восстановления готовности ЛК при возникновении различных неисправностей. В ней наиболее полно увязаны свойства комплекса, технология эксплуатационных процессов, степень готовности техники и персонала, организационная структура эксплуатационных органов и их задачи.

Программа поддержания в готовности системы ЛК основывается на программах поддержания готовности отдельных ЛК. Она регламентирует состав, последовательность и способы использования сил и средств в системе, обеспечивающие все предусмотренные виды технического обслуживания и восстановления готовности, неисправных ЛК для поддержания заданного уровня или улучшения функционирования системы в целом.

Планы ввода в эксплуатацию и снятия с готовности или замены системы ЛК определяют состав сил и средств, а также последовательность и сроки строительных, монтажных и пусконаладочных работ, автономных и комплексных испытаний отдельных комплексов, при которых обеспечивается приведение в готовность к применению требуемого количества новых ЛК в установленные сроки.

Описанные выше задачи планирования, как правило, частично решаются аналитически и, несмотря на их разнородность, можно указать определенную последовательность их решения.

Исходя из целей планирования, определяют те параметры и характеристики, которые составляют существо плана (программы). Так, в программе поддержания ЛК в готовности к применению необходимо, в частности, установить:

виды контроля за состоянием ЛК (например, постоянный, ведущийся непрерывно; периодический — один раз в несколько суток);

периодические проверки через несколько месяцев);

перечень контролируемых параметров, которые определяют глубину контроля за состоянием комплекса;

периодичность различных видов контроля (постоянную для всего срока поддержания ЛК в готовности к применению или изменяющуюся в зависимости от его состояния, срока эксплуатации и других факторов);

виды технического обслуживания ЛК (например, ежедневное, недельное, месячное, сезонное, полугодовое, годовое и т. д.);

технологию видов технического обслуживания и периодичность для различного оборудования;

виды и технологию устранения неисправностей;

состав необходимых для этого сил и средств;

допустимые или средние сроки устранения неисправностей;

виды, периодичность и технологию ремонтов элементов (оборудования, агрегатов, машин и т. п.), входящих в комплекс;

организацию и периодичность проведения доработок комплекса;

состав, эшелонирование, порядок поставки и использование запасных частей, инструментов и принадлежностей (ЗИП);

допустимые (средние) трудозатраты или стоимости проведения различных видов контроля, технического обслуживания, ремонтов и доработок ЛК.

Приведенное в качестве примера содержание программы поддержания ЛК в готовности, естественно, может меняться в зависимости от состава комплекса, его задач и сложившейся практики эксплуатации.

Программа поддержания ЛК в готовности к применению закрепляется в комплекте эксплуатационной документации на комплекс, обычно в виде инструкций, норм, технологических графиков и других форм документов.

Разработка эксплуатационной документации основывается на качественном анализе и количественных результатах решения ряда задач, позволяющих найти наилучшие по какому-либо критерию или приемлемые сочетания параметров, определяющих программу поддержания ЛК в готовности к применению.

Перечень контролируемых параметров, технология технического обслуживания, ремонтов и устранения неисправностей, как правило, находятся в результате качественного анализа различных режимов функционирования комплекса, его составных частей и элементов с учетом накопленного опыта эксплуатации подобной техники и ряда других факторов, которые плохо формализуются. Такие параметры программы, как периодичность видов технического обслуживания и ремонтов, состав сил и средств для выполнения различных видов работ, последовательность их использования и некоторые другие, можно определить аналитически. Для получения перечисленных количественных характеристик необходимы формализация соответствующих процессов, разработка моделей, их анализ и синтез. При этом можно учесть ряд ограничений (на возможности ведения работ, ресурсы и т. п.), которые всегда имеют существенное значение в таких задачах, а также выбрать критерии, по которым отбираются наилучшие (оптимальные) решения.

Найденные таким путем оптимальные характеристики программ обычно рассматривают как ориентировочные значения, к которым нужно стремиться. Однако дополнительный учет ряда плохо формализуемых ограничений заставляет отступать от этих оптимальных значений, поэтому при решении задач оптимизации важно получить не только наилучшие значения искомых параметров, но и интервалы, в которых отклонения от оптимальных значений не дают заметного проигрыша в эффективности, затратах времени и других характеристиках, принятых за критерии оптимизации.

Несмотря на невозможность, только количественного анализа и синтеза такой сложной организационной системы, как эксплуатация ЛК, значение аналитических решений трудно переоценить. Именно они и составляют основу соответствующих планов и программ, дают научную основу планированию эксплуатации ЛК, существенно сокращают затраты сил, средств и времени, повышают эффективность применения ЛК. Заметим еще раз, что и получение качественных результатов должно основываться на использовании системного анализа, являющегося составной частью методов оперативного управления.

Оперативное управление строят на основе соответствующего плана или программы, в данном случае — на основе программы поддержания системы ЛК в готовности к применению. Такая программа может содержать сроки проведения различных видов технического обслуживания отдельных комплексов, входящих в систему; сроки, номенклатуру и количество агрегатов и машин, подвергающихся среднему и капитальному ремонту; предполагаемые сроки и трудозатраты на доработки ЕЛК; сроки и объем поставок необходимых материалов для обеспечения всех работ.

Программа поддержания системы ЛК в готовности может быть оформлена в виде совокупности указанных между собой пятилетних и годовых планов (например, планов проведения проверок технического состояния комплексов, ежегодных технических обслуживании, средних и капитальных ремонтов отдельных агрегатов и машин, поставок ЗИП, снабжения материальными средствами, обучения персонала, ведущего эксплуатацию ЛК, и т. п.).

Задача оперативного управления заключается в разработке системы управления, обеспечивающей выполнение совокупности планов, определяющих программу, а также в непосредственном осуществлении циклов управления, составляющих процесс управления.

К разработке системы управления обычно относят определение функциональной, организационной и информационной структур системы. Это позволяет установить органы управления, их подчиненность, структуру, решаемые задачи и состав; способы и алгоритмы управления; информационные потоки в системе управления; способы и средства обработки и анализа информации и многое другие. Желательно добиваться, чтобы принятые организационные принципы и способы управления, а также существующие или вводимые средства информационно-вычислительной техники и связи позволяли создать АСУ. Главное в разработке АСУ — создание комплекса программ, составляющих ее функциональную часть и позволяющих использовать вычислительную технику для расчета и анализа (выбора) вариантов решений. Если это сделать не удается, то можно на первом этапе ограничиться созданием в рамках неавтоматизированной системы управления автоматизированной информационной системы, позволяющей автоматизировать передачу, обработку, анализ и отображение информационных потоков в системе.

В соответствии с введенной выше терминологией эксплуатацию ЛК можно рассматривать как организационную систему, так как в нее входят не только техника, но и персонал, эксплуатирующий эту технику. Поскольку эксплуатация существенно зависит от внешних условий, к которым можно отнести природу (климатическое воздействие, различные температурно-влажностные режимы и т. п.), а также другие взаимодействующие системы, то эксплуатацию ЛК целесообразно рассматривать как открытую систему.

Выделение целостного множества объектов или понятий в систему должно определяться целями исследования. Если исходить из указанных выше целей разработки программы эксплуатации и оперативного управления эксплуатацией какой-то системы ЛК. то можно в общем виде (и конечно, не единственно возможном) представить систему эксплуатации совокупности ЛК (СЭЛК) так, как это показано на рисунке 1. На этой схеме даны укрупненные компоненты, определяющие входы U (T), ограничения Щ (T), состояния Х (Т) и выходы Y (Т) системы эксплуатации, а также некоторые связи между ними.

Рисунок 1 — Укрупненная структура системы эксплуатации совокупности ЛК Состояния Х (T) системы эксплуатации определяются подсистемой (системой) управления, которая включает в себя способы, органы и средства управления; персоналом, ведущим эксплуатацию ЛК; принятыми или разрабатываемыми технологическими эксплуатационными процессами применения, технического обслуживания, ремонтов, хранения и транспортирования ЛК их составных частей и элементов; эксплуатационными свойствами ЛА и элементами системы, обеспечивающими их эксплуатацию (организациями, ведущими техническое обслуживание, ремонтными заводами и т. д.).

Входы U (T) системы эксплуатации образуются воздействием на нее внешней среды и управлением от более высокой по иерархическому уровню системы, в которую СЭЛК входит как подсистема первого или даже второго уровня. Такой более высокой системой применительно к системе эксплуатации совокупности ЛК одного типа может быть система эксплуатации всех типов комплексов или система, охватывающая не только эксплуатацию, но и весь круг вопросов по созданию, развитию, применению совокупности разнотипных ЛК.

Внешней средой СЭЛК может быть природа или другие взаимодействующие системы — система оповещения о состоянии среды, метеорологические системы, системы эксплуатации других типов ЛА и т. д.

Выходы Y (Т) любой системы определяются ее целями и задачами и в наиболее обобщенном виде складываются из эффективности и экономичности системы, а также каких-либо временных требований к ней. Между компонентами (подсистемами или элементами) системы эксплуатации, представленными на рисунке 1, существуют различные связи. От высшего органа управления к системе эксплуатации поступают цели и задачи, которые вместе с воздействием внешней среды на все компоненты системы образуют множество входов U (Т). Кроме того, задано множество ограничений этих входов, и множество Т моментов времени существования СЭЛК.

Полученные подсистемой управления цели и задачи в соответствии с принятыми способами управления трансформируют органы управления в цели и задачи для организаций, объединяющих персонал, который выполняет эксплуатационные процессы. Эти цели и задачи доводят до персонала, используя соответствующие средства управления.

Персонал в соответствии с полученными задачами выполняет технологические эксплуатационные процессы на ЛК, используя при этом элементы системы ЛК, созданные для обеспечения их эксплуатации (базы, склады, ремонтные заводы и т. п.). Функционирование системы эксплуатации отражается изменением множества ее состояний Х (Т) с учетом множества Щ (Т) ограничений, определяемого входами и составом (содержанием) самой системы. Входы системы U (Т) с учетом ограничений Щ (Т) и состояний системы Х (Т) определяют ее выходы У (Т). В качестве обобщенных выходных характеристик системы эксплуатации можно рассматривать показатели ее эффективности, экономичности, своевременности функционирования и др. Анализируемая система включает в себя ряд контуров управления, связи между которыми представлены на рисунке 1.1−3.6. Так, высший орган управления является управляющим, а вся подсистема управления СЭЛК — управляемым органом. На этот контур управления оказывает воздействие внешняя среда. На рисунке 1. показаны соответствующие связи подчинения, подчиненности между персоналом и технологическими процессами, которые он выполняет, а также между технологическими процессами и техникой, которая подвергается этим воздействиям. Выходы системы в порядке обратной связи воздействуют на все компоненты СЭЛК. Анализ этих воздействий ведет подсистема управления и в порядке подчиненности передает высшему органу управления. В общем случае могут быть каналы, по которым высший орган управления получает непосредственно какие-либо сведения о выходах СЭЛК помимо информации от подсистемы управления. Обычно такие данные имеют обобщенный характер. Кроме того, система эксплуатации своими выходами оказывает воздействие и на внешнюю среду.