Статья: ТЕКУЩЕЕ СОСТОЯНИЕ И ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ МЕТОДОВОПРЕДЕЛЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ ДВИЖЕНИЯ НИЗКООРБИТАЛЬНЫХ КОСМИЧЕСКИХ АППАРАТОВ С ВЫСОКОЙ ТОЧНОСТЬЮ (2024)

Представлена методика определения потребности космической промышленности в перспективных изделиях электронной компонентной базы (ЭКБ) с точки зрения анализа унифицированного компоновочного состава бортовой аппаратурыи сквозной трансляции от требований, предъявляемых к целевым характеристикам космических аппаратов, до требований, предъявляемых к элементной базе. Предлагаемый авторами подход за счет использования методов, заложенных при проектировании современных и перспективных КА и за счет концентрации только на целевых характеристиках получения и преобразования целевой информации, позволяет без снижения точности упростить состав блоков и реализовать унифицированную модель. Описанный подход позволяет на базе программной реализации определять требуемые характеристики основной ЭКБ и формировать длительные планы-графики по обеспечению импортонезависимости в перспективных КА.

Обобщен опыт работ, выполненных в АО «Российские космические системы» за период с 2005 г. по 2021 г., по разработке бортовой аппаратуры командных радиолиний космических аппаратов различного назначения с заданной вероятностью безотказной работы при различных сроках активного существования. Отмечена необходимость учета при оценках вероятности безотказной работы влияния на надежность бортовой аппаратуры в условиях космического пространства как радиационных, так и нерадиационных факторов. Рассмотрены различные схемы резервирования критичных узлов бортовой аппаратуры, а также методы учета влияния ионизирующих излучений на надежность бортовой аппаратуры.

Проведено моделирование и изготовление изделия СВЧ-техники K-диапазона (18-26 ГГц), и проведена оценка адекватности созданной модели. Исследовано влияния процессов сборки СВЧ-тракта на итоговые характеристики изготавливаемого изделия. На примере технологии SIW-фильтров продемонстрирована возможность увеличения скорости разработкиза счет уменьшения времени тестирования при использовании полученной модели для изделий космического назначения СВЧ-диапазона частот ввиду высокой сходимости данных моделирования и измерений изготовленных образцов. Предложенная авторами модель позволяет снизить ошибки при проектировании устройств СВЧ-техники космического назначения, ускорить процесс производства и снизить количество брака при сборке устройств.

На основе проведенных ранее исследований по сложению сигналов BPSK после комплексного понижающего преобразования с промежуточной до нулевой частоты проведено аналогичное исследование для сигналов QPSK. Основным приложением данной работы являются средства приема информации с космических аппаратов дальнего космоса, традиционно использующие дорогостоящие антенны большого диаметра. Процесс сложения сигналов ниже уровня шумов позволяет вместо громадных антенн применять антенные поля из множества сравнительно дешевых малых антенн эквивалентной суммарной площади. Предложенный метод сложения сигналов QPSK позволил существенно снизить требуемую из соображений обеспечения когерентности отсчетов складываемых сигналов частоту дискретизации и трудоемкость цифровой обработки по сравнению с процессом сложения отсчетов сигналов BPSK при той же скорости передачи данных.

В статье рассматривается применение геостационарных спутников-ретрансляторов «Луч» для управления в режиме многостанционного доступа (МСД) в S-диапазоне частот низкоорбитальными КА многоспутниковых орбитальных группировок. Приводятся методика и результаты расчета отношения энергии сигнала на бит информации к суммарной спектральной плотности мощности шума и помех ( E б N Σ ) от других КА в зависимости от числа n одновременно работающих КА-абонентов и скорости передаваемой информации. Показано, что отношение E б N Σ в радиолинии КА-абонент - СР «Луч» слабо, а в радиолинии СР «Луч» - КА-абонент сильно зависит от числа n. Существующие СР «Луч» не позволяют обеспечивать управление КА многоспутниковыми группировками. Для реализации МСД на СР вместо слабонаправленной передающей антенны необходимо устанавливать многолучевую активную антенную решетку.

В процессе работы системы управления угловым движением космического аппарата (КА) возникает потребность отключения датчиков внешней информации. Примерами могут служить системы астроориентации, гирокомпасирования, инерциальные системы, в которых, в зависимости от типа применяемых датчиков или логики построения, коррекция по внешней информации может специально прерываться (например, для «обхода» засветок Солнцем полей зрения оптических датчиков). Угловая ориентация КА при этом сразу меняется. Все, чем располагает система ориентации на момент перевода в такой автономный режим, - это сведения о предыдущих параметрах угловой коррекции и данные о движении центра масс космического аппарата. Тем не менее этих сведений оказывается достаточно для создания специального режима коррекции, экстраполирующего параметры угловой коррекции на режим автономной работы системы ориентации и позволяющего сохранить качество ориентации космического аппарата. Большое внимание уделено объяснению физической природы и характера изменения ориентации космического аппарата, показан практический пример создания специального автономного режима ориентации, приведены результаты моделирования его работы.

В статье приводится анализ существующих способов автоматизированного контроля состояния космических аппаратов (КА) по телеметрической информации (ТМИ) методами машинного обучения и дается оценка перспектив их применения в области телеконтроля состояния КА в многоспутниковых группировках. Одной из важнейших задач на всех этапах жизненного цикла космических аппаратов (КА) является анализ телеметрической информации для определения технического состояния их бортовой аппаратуры с целью заблаговременного выявленияи прогнозирования нештатных ситуаций. Существующие детермированные методы контроля состояния КА на основе мониторинга пороговых значений, анализа показателей качества, сравнения с эталонной моделью функционирования и др., с одной стороны, предполагают огромные трудозатраты на работу экспертов и формализацию логики функционирования сложного технического объекта на различных уровнях его иерархии, а с другой стороны, не обеспечивают необходимый уровень автоматизации и оперативности при контроле состояния отдельных КА в многоспутниковых группировках.

В статье предлагается подход к исследованию процесса использования результатов космической деятельности инструментами методологии функционального моделирования IDEF0 и его декомпозиция, раскрывающая особенности процесса планирования и методы исследования в области решения задачи планирования использования результатов космической деятельности. Приведено предложение по дальнейшему углубленному исследованию процесса планирования использования результатов космической деятельности и устранению недостатков, имеющихся в методологии IDEF0 с применением методологии IDEF3, позволяющей сформировать модель последовательности выполнения этапов планирования использования РКД. Применение представленного автором системного подхода к процессу планирования способно повысить эффективность, снизить затраты и оптимизировать многие процессы управления.

В работе представлены методические аспекты спектрально-энергетических и температурных калибровок оптико-электронной аппаратуры дистанционного зондирования Земли (ДЗЗ) инфракрасного диапазона. Приведены основные принципы действия инфракрасных радиометров, систематизированы термины и понятия, используемые при определении температуры объектов средствами ДЗЗ из космоса. Представлены особенности и методы дистанционного измерения температуры объектов и ее производных величин с помощью оптико-электронной аппаратуры ДЗЗ в диапазоне длин волн Δ λ = 3-14 мкм. Рассмотрены основные предельные требования к радиометру, такие как вид спектральной характеристики, линейность характеристики преобразования, шумовые характеристики, стабильность измерительных характеристик, прослеживаемость радиометрических измерений к эталонам. По каждому представленному параметру приводятся соответствующие источники литературы. Представленные авторами принципы и методы дистанционного определения температуры объектов описывают радиометрические характеристики и не затрагивают вопросов формирования изображения и его геометрических параметров.

Рассмотрена последовательность подготовки и проведения испытаний бортовой аппаратуры космических аппаратов в открытом космическом пространстве, позволяющая повысить достоверность экспериментальной отработки. Уточнен конструктивно-технологический облик стенда, включающего тестовые блоки внутри герметичного отсека орбитальной станциии крейт в открытом космическом пространстве для установки унифицированных модулей с испытуемой бортовой аппаратурой. Определены технические требования к крейту. Выполнена эскизная проработка крейта для испытаний бортовой служебной и целевой аппаратуры космических аппаратов в составе унифицированных модулей в открытом космическом пространстве. Авторы отмечают, что результаты испытаний повышают степень соответствия цифрового двойника бортовой аппаратуре. При этом снижается риск крупных финансовых потерь, связанных с возможными отказами бортовой аппаратуры в процессе летных испытаний, делающими невозможной дальнейшую полноценную штатную эксплуатацию космических аппаратов КА. Унификация этапов подготовки и проведения испытаний сокращает требуемые временные и финансовые затраты и делает их доступными для бортовой аппаратуры различного назначения.