|
|
  |
Главная страница / Архитектура отрасли СПУТНИКОВЫЕ СИСТЕМЫ СВЯЗИНачало 2000-х гг. характеризуется значительным увеличением числа запускаемых космических аппаратов (КА), что объясняется развертыванием низкоорбитальных систем мобильной и широкополосной мультимедийной связи. По прогнозам [1], число коммерческих КА связи в 2001–2010 гг. составит более 70% от общего числа запускаемых КА (рис. 1) или до 50% от общего объема рынка КА (рис. 2). В осуществлении космической связи как одного из аспектов космической деятельности России ключевую роль играют космические войска (КВ). Их основные задачи – развертывание и поддержание в установленном составе и работоспособном состоянии орбитальных группировок (ОГ) различного назначения. Оснащенная современными высокопроизводительными космическими средствами, созданная на территории России наземная космическая инфраструктура, а также сорокалетний опыт космической деятельности позволяют космическим войскам принимать непосредственное участие в обеспечении реализации Федеральной космической программы (ФКП), осуществлять подготовку к запуску ракет-носителей (РН) с КА различного назначения, вести управление ОГ. В составе КВ выделяются две наземные группировки: сил запуска и сил управления. Оперативные объединения данных группировок – Государственные испытательные космодромы (ГИК) и Главный испытательный центр испытаний и управления КА (ГИЦИУ КА). Рассмотрим эти группировки подробнее. Группировка сил запуска КА Данная группировка осуществляет своевременное развертывание, наращивание и восполнение орбитальных группировок КА, для выполнения этих задач предназначены оперативные объединения – космодромы. В состав группировки входят соединения и части, оснащенные комплексами хранения, подготовки, пуска ракет космического назначения (РКН) и проведения траекторных и телеметрических измерений. На вооружении ГИК находятся ракетно-космические комплексы, а на вооружении соединений и частей космодрома – их элементы: РКН, средства технических комплексов, средства стартовых комплексов, комплексы средств измерений и обработки информации. Технический комплекс (ТК) – составная часть космического комплекса, включающая сооружения с технологическим оборудованием и общетехническими системами, расположенными на одной или нескольких технических позициях. ТК обеспечивает прием, хранение, расконсервацию, сборку РН и КА, пристыковку КА к РН, их испытание, заправку КА компонентами топлива и сжатыми газами. Стартовый комплекс (СК) также представляет собой составную часть космического комплекса космодрома и располагается на стартовой позиции. СК обеспечивает: доставку РН с КА с технической позиции на стартовую, установку на пусковую установку (ПУ) ракеты-носителя, заправку ее компонентами топлива и газами, проведение испытаний, выполнение всех технологических операций по подготовке РН к пуску и ее пуск. Стартовые комплексы имеют одну или несколько ПУ и различаются по классам запускаемых с них РН. Измерительный комплекс космодрома (ИКК) – многофункциекается для решения следующих задач: проведение телеметрических измерений в ходе различных проверок РН и КА на техническом и стартовом комплексах при подготовке их к пуску, а также телеметрических и траекторных измерений на активном участке полета РН; привязка измерительной информации к единой шкале времени; автоматизированный сбор, обработка измерительной информации; оценка состояния бортовых систем РН и КА при подготовке их к пуску и в полете; прогнозирование районов падения ступеней РН; определение элементов траектории полета РН и факта выхода КА на орбиту; полная послеполетная обработка измерительной информации с целью оценки функционирования бортовых систем РН и КА и летно-технических характеристик РН. Выполнение перечисленных задач ИКК производит с помощью различной аппаратуры, размещенной на отдельных измерительных пунктах (ОИПах), которые расположены вдоль трасс запуска РН. Обработка получаемых данных производится в информационно-вычислительном центре (ИВЦ), входящем в состав ИКК. Кроме ТК и СК к основным технологическим объектам космодрома относятся: заправочно-нейтрализационные станции, хранилища, посадочные комплексы многоразовых средств выведения, районы отделяющихся средств, командно-измерительные комплексы. Космодромы имеют также ряд вспомогательных объектов: заводы по производству компонентов ракетного топлива, аэродромы, железнодорожные, автомобильные и другие инженерные коммуникации, вычислительный центр, жилые городки с объектами социально-бытового и другого назначения. При выборе района размещения космодрома должны удовлетворяться совокупность требований и учитываться самые разнообразные факторы, в том числе характер местности, климатические, метеорологические и другие условия. Основные требования к району размещения группировок сил запуска: • обеспечение выведения полезных нагрузок в требуемом диапазоне наклонений и высот орбит КА при оптимальных энергетических затратах на их выведение в заданные орбитальные плоскости; • наличие необходимых районов для падения отделяющихся частей РН; • удаленность от густонаселенных мест; • возможность использования существующих транспортных коммуникаций; • относительная близость к предприятиям промышленности космической отрасли; • трассы активного участка траектории полета РКН не должны проходить над густонаселенным районом и территориями других государств. Эти противоречивые и зачастую взаимоисключающие требования красноречиво свидетельствуют о том, насколько сложна задача выбора местоположения космодрома. Прокомментируем некоторые из вышеперечисленных требований. Выполнение требования обеспечения выведения полезных нагрузок в широком диапазоне наклонений орбит определяется такими факторами, как географическое положение места старта, наличие зон отчуждения по трассе пусков РН и тип СК. Наклонение орбиты (i), на которую выводится КА, и географическая широта (j) места старта определяют азимут пуска (Aп), а значит, и ния ступеней РН: cos i Aп=arcsin ( ___ ). cos j Чем больше диапазон азимутов пуска, тем больше диапазон наклонений орбит, на которые могут быть выведены КА. Допустимые азимуты пусков определяются наличием зон отчуждения, выбранных исходя из условий безопасности для населения районов падения отработавших ступеней РН. В целом диапазон возможных наклонений орбит, на которые могут быть выведены КА (без какой-либо коррекции орбит), определяется широтой размещения стартового комплекса: i – для прямых орбит j £ p - i – для обратных орбит Отсюда следует, что наилучшим условием для выполнения данного требования является размещение стартовых комплексов ближе к экватору. Оттуда можно обеспечить запуски КА методом их прямого выведения с любым наклонением (от экваториальных до полярных орбит). Расположение стартовых комплексов ближе к экватору обеспечивает также выполнение требования вывода полезных нагрузок при оптимальных энергетических затратах. Чем ближе к экватору место старта, тем эффективнее (при пусках РН в направлении вращения Земли) используется линейная скорость вращения нашей планеты, тем меньше энергетические затраты на выведение полезной нагрузки. Линейная скорость вращения Земли на экваторе (V0) равна 465 м/с, а на широте j она соответствует Vj = 465 cos j. Обеспечение высокой экономичности создаваемой группировки определяется такими факторами, как наличие хорошо развитой инфраструктуры, удаленность расположения космодромов от мест производства РН, КА, КРТ и комплектующего имущества, экономическое состояние района, климатические и метеорологические условия и другие факторы. Кроме того, необходимо обеспечить минимальную экологическую нагрузку на окружающую среду, и выполнение данного требования прежде всего зависит от наличия и размеров зон отчуждения в незаселенных районах, своевременной обработки использованных частей РН и дезактивации районов их падения; применения РН с экологически чистыми компонентами ракетного топлива. Центры испытаний и применения космических средств (ЦИП КС) входят в состав ГИК и предназначены для организации и осуществления подготовки и пусков РКН и испытаний РКК. Основные задачи ЦИП КС: • организация и осуществление непосредственной подготовки РКН, организация и осуществление их пусков; • организация и обеспечение приема, хранения и поддержания запасов космических средств в установленной готовности к применению. Основные подразделения ЦИП КС – отдельные инженерно-испытательные части. Группировка сил управления Оперативное объединение данной группировки – Главный испытательный центр испытаний и управления КА (ГИЦИУ КА), служащий для управления КА различного назначения и отвечающий за поддержание их работоспособности и готовности на протяжении всего срока активного функционирования. Главный центр имеет в своем составе: центрля управления всей совокупностью функционирующих КА служит наземный автоматизированный комплекс управления (НАКУ), находящийся на вооружении Главного центра. НАКУ – это базовый универсальный для всех видов КА комплекс систем и средств обмена командно-программной, телеметрической и траекторной информацией с КА, средств связи и автоматизированного сбора и обработки информации с необходимым программно-математическим обеспечением. Средства НАКУ размещаются на отдельных командно-измерительных комплексах, рассредоточенных по всей территории России (рис. 4), на центральном командном пункте (ЦКП), центральных пунктах управления (ЦПУ) различными типами КА и центра управления полетами (ЦУП) пилотируемых космических аппаратов (комплексов). Командно-измерительные комплексы или средства (наземных автоматизированных комплексов управления) НАКУ объединены в единый автоматизированный комплекс управления КА линиями информационной и технологической связи. НАКУ решает задачи управления движением КА на всех участках полета и спуска КА, контролирует функционирование устройств и систем КА. В соответствии с планом работы через средства командно-измерительных комплексов (КИК) осуществляются сеансы связи с КА, находящимися в зоне видимости его радиотехнических, оптических и других средств. В состав КИК входят: • командно-измерительная система, • радиотелеметрические станции, • средства связи с экипажами КК, • средства для проведения предварительной обработки информации на КИК, • средства системы единого времени, • средства наземной и служебной связи для обмена информацией между элементами НАКУ. Развитие систем управления КА идет по пути совершенствования технических характеристик комплексов. Наибольший интерес представляет вопрос создания и применения спутниковых систем контроля и управления КА. Предполагается, что такая система должна состоять из 2–3-х КА-ретрансляторов на геостационарной орбите и 1–2-х наземных пунктов управления и ретрансляции, обеспечивающих управление КА ближнего космоса, и решать задачи, возложенные в настоящее время на КИКи. По сравнению с глобальным наземным комплексом управления такая система значительно сокращает эксплуатационные расходы. Группировка сил управления создается на территории страны в соответствии с требованиями обеспечения оперативности, глобальности, непрерывности и надежности управления космическими аппаратами в любое время. В общем случае выполнение этих требований обеспечивается за счет: • возможности проведения необходимого количества сеансов управления с каждым КА при заданной их длительности и на заданном количестве витков в каждые сутки полета; • точности определения параметров орбит и зон видимости КА; • оптимального размещения КИКов на территории страны; • тактико-технических характеристик средств орбитального и наземного комплексов управления. Обмен информацией с КА осуществляется, как правило, в УКВ-диапазоне, поэтому основнуправления. Продолжительность прямой видимости (с учетом обеспечения устойчивой связи с КА) определяется продолжительностью нахождения КА в пространстве выше линии горизонта на угол a – угол возвышения, равный 7–10°. Таким образом, для обмена информацией с КА необходимо, чтобы трасса его полета проходила от места размещения наземных средств на расстоянии, не превышающем радиус зоны радиовидимости (ЗРВ). Такому требованию соответствуют районы, координаты которых по широте с учетом размеров ЗРВ должны быть: jN < i + b0 , где: j – широта района размещения КИК; i – наклонение плоскости орбиты КА; b0 – разница широт, соответствующая радиусу ЗРВ для данного КА (широтный пояс). Считается, что наилучшие условия для обмена информацией с КА обеспечивает выполнение следующего условия: jN < i – b0 , Оперативность и надежность управления также определяется количеством последовательных витков, проходящих через ЗРВ. Анализ показывает, что в том случае, когда орбиты КА характеризуются малыми значениями высот и наклонений, при выборе районов размещения наземных средств возникают большие затруднения. Это прежде всего объясняется относительно малыми размерами ЗРВ и необходимостью размещения наземных средств на широтах, близких к экваториальным, что не всегда возможно. Кроме протяженности ЗРВ большое значение имеет периодичность наблюдения КА. Все КА при выполнении ими целевых задач в космосе требуют периодического контакта с наземными средствами управления. Операции управления проводятся в ходе сеансов управления (сеансов связи), периодичность которых определяется составом и характеристиками средств бортового комплекса управления КА. Состав группировки сил управления и ее построение зависят от характеристик ОГ. Например, для КА, выведенных на околополярные орбиты, обеспечить управление из одного пункта можно при размещении наземных средств на широтах, близких к 90°, а для КА, выведенных на экваториальные орбиты, – при их размещении вблизи экватора. В обоих случаях на каждом витке может быть обеспечена связь КА с наземным командно-измерительным пунктом. В остальных случаях ЗРВ при однопунктном управлении не обеспечит возможности наблюдения КА на каждом витке. Это приводит к необходимости размещения большего количества пунктов управления на обширной территории земной поверхности. Заключение Приоритетное развитие КС связи особенно актуально для России, где при большой территориальной протяженности отсутствуют развитые наземные каналы связи и передачи данных, без которых невозможно решение вопросов не только административного государственного управления и обороны, но и обеспечения эффективной хозяйственной, производственной, коммерческой деятельности. Возможно, уже в скором времени телекоммуникации охватят практически все сферы человеческой деятельности и это в свою очередь приведет к тому, что орбитальный сегмент станет неотъемлемой частью любых коммуникационных систем, которые позволят в широком информации, но и удаленного управления и контроля различных объектов и процессов. Однако необходимо помнить о том, что успешное выполнение программ создания орбитальных средств связи сегодня немыслимо без реального государственного и значительного внебюджетного финансирования. Продолжение обзора в следующем номере Главная страница / Архитектура отрасли |