Проекты
Главная Проекты
Программа создания бортовых комплексов управления

Программа создания бортовых комплексов управления

БКУ на основе сетевых технологий

Одним из основных направлений деятельности компании НПЦ «МКА» является разработка и изготовление бортового комплекса управления сетевой архитектуры.

Особенностью БКУ является создание на космической платформе спутника такой инфраструктуры передачи данных, которая позволяет легко резервировать основные компоненты сети, иметь несколько альтернативных путей передачи данных, масштабировать или модифицировать сеть под имеющееся оборудование на борту космического аппарата.

Благодаря этому, сетевая архитектура в отличие от традиционного подхода, имеет ряд преимуществ. Она позволяет добиться:

  • высокой надежности, сбое- и отказоустойчивости при приемлемом уровне затрат аппаратного резервирования;
  • соответствия жестким требованиям к массогабаритным показателям и потребляемой мощности;
  • унификации интерфейсов и каналов передачи данных;
  • необходимых технико-экономических показателей, позволяющих отечественным космическим аппаратам успешно конкурировать на глобальном рынке с лучшими мировыми аналогами.

Разработка БКУ на основе высокоэффективных информационно-управляющих бортовых сетей стандарта Space Wire и модульной конструкции является актуальной практической задачей и проводится специалистами НПЦ «МКА» в рамках приоритетных направлений Стратегической программы исследований технологической платформы «Национальная информационная спутниковая система» (ТП НИСС) на 2012-2020 годы.

Несмотря на неоспоримые преимущества сетевой архитектуры БКУ перед традиционной, на сегодняшний день в России нет отечественных сетевых технологий космического применения. Причина этого – в существенном отличии данного вида архитектуры БКУ от применяемого в настоящее время и требующего настолько значительных изменений, что связанные с внедрением этой технологией риски выступают в качестве существенных сдерживающих факторов. Однако эти риски могут быть значительно снижены за счет углубленной наземной экспериментальной отработки прототипа БКУ и проведения летно-космических испытаний в составе технологических КА. С этой целью ООО «НПЦ «МКА» уже разработан, изготовлен и находится в летной эксплуатации на малом космическом аппарате «МиР» праобраз бортового компьютера и блока распределения питания. Эти приборы построены на индустриальной элементной базе и в дальнейшем могут применяться как отработочные и демонстрационные изделия для долгоресурсных МКА или как штатные для недорогих МКА с небольшим сроком работы.

В настоящее время проект находится в стадии НИОКР. Специалистами компанииразработаны технические задания на бортовой комплекс управления и его составные части, выпущен эскизный проект.

В ближайшем будущем аппаратно-программная платформа БКУ сетевой архитектуры станет основой важнейшего функционального элемента унифицированной цифровой модульной космической платформы – интегрированной информационно-вычислительной среды, предоставляющей общий пул вычислительных, коммуникационных и информационных ресурсов с возможностью адаптивной реконфигурации под оперативные задачи, обеспечения отказоустойчивости и живучести КА на системном уровне.

 

 

Бортовой комплекс управления для платформы «НТ-100»

Одним из основных направлений деятельности компании НПЦ «МКА» является разработка и изготовление бортового комплекса управления для малых КА.

Специалисты ООО «НПЦ «МКА» ведут разработку бортового комплекса управления для платформы «НТ-100», которая предназначена для малых космических аппаратов.

Бортовой комплекс управления (БКУ) является ядром бортового сегмента управления и предназначен для:

  • организации внутреннего (автономного) контура управления КА;
  • организации информационно-логического взаимодействия с внешними контурами управления КА в интересах целевого и технологического управления;
  • организации взаимодействия с наземным испытательным комплексом.

Задачи БКУ

БКУ обеспечивает решение следующих задач:

1) управление оборудованием и системами КА на участке выведения и приведение элементов конструкции КА и бортовых систем КА в рабочее состояние после отделения от средств выведения;

2) управление работой бортовых обеспечивающих систем автономно или совместно с НКУ в соответствии с данными, поступающими с НКУ, и текущим состоянием бортовой аппаратуры;

3) контроль и диагностику технического состояния бортовых систем, в том числе:

  • автономный контроль работоспособности бортовых систем;
  • диагностику и по результатам контроля автоматическое восстановление работоспособности систем при неисправностях (переключением на резерв или изменением режима функционирования);
  • формирование вызова НКУ, в ситуациях, требующих вмешательства средств НКУ;
  • организацию взаимодействия бортовых систем при аномальных ситуациях КА;
  • сбор и обработку телеметрической и контрольной информации о текущем состоянии бортовых систем и выдачу по требованию НКУ данной информации в НКУ;

4) организацию работы бортового программного обеспечения, включая:

  • предоставление вычислительных ресурсов (памяти и машинного времени) вычислительной машины для реализации функциональных и вычислительных алгоритмов бортовых обеспечивающих систем и бортового специального комплекса;
  • обеспечение необходимого интерфейса взаимодействия ПО систем с бортовой аппаратурой;
  • предоставление программно-аппаратных средств для организации функционирования ПО систем в реальном масштабе времени в вычислителе;

5) реализацию режима реального времени в процессах управления и контроля с привязкой шкалы времени БКУ к шкале времени НКУ с требуемой, для задач управления КА, точностью;

6) организация режимов живучести КА при возникновении аварийных ситуаций;

7) определение полных координат (долгота, широта, высота), текущего времени, составляющих вектора скорости, пространственной ориентации осей КА по сигналам космических навигационных систем ГЛОНАСС и GPS;

8) обеспечение проведения комплексных испытаний и проверок КА на заводе-изготовителе и подготовку на техническом и стартовом комплексе. 

Состав БКУ

Основными критериями, определяющими принципы построения БКУ, являются:

  • достижение высоких показателей автономности отказоустойчивости, ремонтопригодности и живучести;
  • минимизация стоимостных и энергомассовых характеристик;
  • сжатые сроки разработки и поставки системы заказчику.

Исходя из назначения и задач, решаемых в интересах КА, и с учетом опыта создания БКУ должен иметь в своем составе следующее оборудование:

  • сбоеустойчивый высокопроизводительный вычислительный модуль;
  • оборудование, обеспечивающее организацию бортовой информационно-управляющей сети КА.
  • оборудование, обеспечивающее сбор телеметрических параметров с датчиковой аппаратуры КА;
  • оборудование (низкочастотная часть), обеспечивающее прием от наземной станции управления командно-программной информации и передачу ее в системы КА, выдачу на НКУ телеметрической информации о состоянии КА в сеансном и непрерывном режимах работы;
  • оборудование, реализующее коммутационно-логические задачи;
  • оборудование, обеспечивающее взаимодействие с системами КА в части обменных меток и сигналов управления;
  • оборудование, обеспечивающее определения координат (долгота, широта, высота), текущего времени, составляющих вектора скорости по сигналам космических навигационных систем ГЛОНАСС и GPS.

Таким образом, в состав БКУ платформы «НТ-100» входят следующие модули:

  • унифицированный вычислительный модуль (УВМ);
  • модуль управления и питания (МУП);
  • телеметрический модуль (ТММ);
  • навигационный приемник (НП);
  • маршрутизирующий сетевой коммутатор (МСК);
  • модуль стандартных интерфейсов (МСИ);
  • командно-измерительная система (КИС) (входит в БКУ функционально).

Также состав БКУ входит программное обеспечение, реализуемое на средствах УВМ. ПО БКУ предназначено для решения задач контроля и управления аппаратурой БКУ, обмена информацией с БА по цифровым интерфейсам.

Сетевая архитектура

Руководствуясь приведенными выше критериями и исходя из назначения и задач, решаемых БКУ в интересах КА и его системы управления, архитектура космического аппарата в целом и системы управления в частности организована по централизованному принципу с точки зрения сбора данных и формирования функций управления с возможностью частичной децентрализации. В основе её лежит бортовой комплекс управления с модульно-сетевой архитектурой, связанный электрическими и информационными интерфейсами с датчиковой аппаратурой систем КА и исполнительными органами, который обеспечивает реализацию основных функций бортовых систем.

Сетевая архитектура в отличие от традиционного подхода, имеет ряд преимуществ. Она позволяет добиться:

  • высокой надежности, сбое- и отказоустойчивости при приемлемом уровне затрат аппаратного резервирования;
  • соответствия жестким требованиям к массогабаритным показателям и потребляемой мощности;
  • унификации интерфейсов и каналов передачи данных;
  • необходимых технико-экономических показателей, позволяющих отечественным космическим аппаратам успешно конкурировать на глобальном рынке с лучшими мировыми аналогами.

Разработка БКУ на основе высокоэффективных информационно-управляющих бортовых сетей стандарта SpaceWire и модульной конструкции является актуальной практической задачей и проводится специалистами НПЦ «МКА» в рамках приоритетных направлений Стратегической программы исследований технологической платформы «Национальная информационная спутниковая система» (ТП НИСС) на 2012-2020 годы.

В качестве информационных интерфейсов в БКУ используются МКО (ГОСТ Р 52070-2003), SpaceWire (ECSS-E-ST-50-12C) и RS-485.

Структурно-функциональная схема БКУ приведена на рисунке 1.

Все модули, входящие в состав БКУ, имеют ненагруженный резерв и соответствующие перекрестные связи. Переключение на резервные комплекты может осуществляться автоматически внутренними средствами контроля и управления блоков, от ПО БКУ или по внешним командам с НКУ.

В ближайшем будущем аппаратно-программная платформа БКУ сетевой архитектуры станет основой важнейшего функционального элемента унифицированной цифровой модульной космической платформы – интегрированной информационно-вычислительной среды, предоставляющей общий пул вычислительных, коммуникационных и информационных ресурсов с возможностью адаптивной реконфигурации под оперативные задачи, обеспечения отказоустойчивости и живучести КА на системном уровне.

Новости проекта

  • 27 декабря 2016
    Специалисты ООО «НПЦ «МКА» подвели итоги трех годичной работы по грантовому проекту на выполнение научно-исследовательской работы по теме «Исследование и разработка сетевой, модульной архитектуры для бортового комплекса управления малыми космическими аппаратами», в целом предусматривающей разработку многофункционального бортового комплекса управления для малых космических аппаратов с использованием радиационно-стойкой элементной базы российского производства класса «система на кристалле», головным исполнителем которого был Сибирский федеральный университет, а индустриальным партнером АО «Информационные спутниковые системы им.М.Ф. Решетнева».
  • 22 июля 2016
    В ООО «НПЦ «МКА» прибыли специалисты компании НИАЛАКТ ДОСААФ (г. Калуга). Целью визита - проведение входных испытаний бортового комплекса управления для малого космического аппарата «Радио-2017».
  • 08 июня 2016
    Специалистами ООО «НПЦ «Малые космические аппараты» завершен четвертый этап научно-исследовательских работ по теме «Исследование и разработка сетевой, модульной архитектуры для бортового комплекса управления малыми космическими аппаратами».
  • 03 марта 2016
    Специалисты ООО «НПЦ «Малые космические аппараты» успешно завершили третий этап работ «Экспериментальные исследования лабораторных макетов центрального процессора управления и процессора пространственной ориентации» научно-исследовательской работы по теме «Исследование и разработка сетевой, модульной архитектуры для бортового комплекса управления малыми космическими аппаратами».