Наземный комплекс управления КА. Лекции 2

1.

Лекции 2
Наземный комплекс управления КА
Титов А.М.

2.

Международная космическая станция
Международная космическая станция является наиболее
амбициозным международным проектом конца 20 – начала 21 века, в
котором участвуют 14 стран. Управление МКС осуществляется:
российским сегментом – из ЦУП-М в г. Королеве, американским
сегментом – из ЦУП-Х в г. Хьюстоне.
Управление лабораторных модулей, входящих в состав МКС, –
европейского «Колумбус» и японского «Кибо» контролируют Центры
управления
Европейского
космического
агентства
в
г.
Оберпфафенхофен
(Германия)
и
японского
агентства
аэрокосмических исследований в г. Цукуба.
Управление полетом европейских автоматических грузовых
кораблей ATV с 2008 г. (ATV-1) по 2015 г. (ATV-5) совместно с ЦУПМ и ЦУП-Х осуществлялось из другого Центра управления
Европейского космического агентства в г. Тулуза (Франция).
2

3.

Управление японскими грузовыми кораблями HTV с 2009 (HTV-1)
по 2019 г. (HTV-8) осуществляется из Центра управления полетами в г.
Цукуба совместно с ЦУП-Х (HTV-8 запущен 24.09.2019, HTV-9 в 2020
г.).
Управление коммерческими грузовыми кораблями Dragon и
Sygnus осуществляется из Центров управления компаний Space-X в г.
Хоторн и Orbital Sciences Corporation в г. Даллес.
В составе российского сегмента МКС входят:
- функционально-грузовой блок ФГБ - «Заря» (20.11.1998 г.);
- модуль жизнеобеспечения СМ - «Звезда» (26.07.2000 г.);
- стыковочный модуль СО1 - «Пирс» (15.09.2001 г.);
- малый исследовательский модуль МИМ2 - «Поиск» (10.11.2009 г.);
- стыковочно-грузовой модуль МИМ1 - «Рассвет» (14.05.2010 г.).
Модули ФГБ и СМ, массой ~20 т, выведены на орбиту РН
«Протон-К»; модули СО1 и МИМ2, массой ~3,5 т, доставлены на
орбиту РН «Союз-У» и кораблями-модулями «Прогресс М-СО1» и
«Прогресс М-МИМ2» соответственно; модуль МИМ1, массой ~8 т
доставлен на борту американского шаттла «Атлантис».
3

4.

5.

В качестве телеметрической системы для модуля ФГБ
используется БР-9ЦУ-8, которая имеет две подсистемы: РТУ-А, РТУБ (потоки ФГБ1, ФГБ2 на ТМИВК), обеспечивающие передачу двух
независимых полных потоков ТМИ с информативностью каждого
потока 256 Кбит/с. Передаваемые параметры подразделяются на
параметры служебного борта (параметры ГКНПЦ им. М.В.
Хруничева) и станционного борта (параметры РКК «Энергия»).
В качестве телеметрической системы для модуля СМ
используется БИТС2-12, источниками информации для которой
служат различные телеметрические датчики и бортовая
вычислительная система, передача данных осуществляется в виде двух
полных
потоков
ТМИ:
БИТС2-12А,
БИТС2-12Б
с
информативностью каждого потока 256 Кбит/с (потоки СМ1 и СМ2
на ТМИВК).
Модули МИМ2 («Поиск») и МИМ1 («Рассвет») не имеют
собственных телеметрических систем, но на каждом модуле
установлена бортовая вычислительная машина - терминальное
вычислительное устройство (ТВУ).5

6.

ТВУ модулей по бортовому интерфейсу связаны с бортовой
вычислительной
системой
(БВС)
модуля
СМ,
передача
телеметрических данных от МИМ2, МИМ1 осуществляется в составе
цифровых пакетов СМ РС МКС.
На модифицированных транспортных пилотируемых и грузовых
кораблях «Союз МС», «Прогресс МС» (первый запуск
модернизированного транспортного грузового корабля «Прогресс
МС-01» состоялся 21 декабря 2015 г.) установлена телеметрическая
система типа МБИТС-ТКМ с информативностью 256 Кбит/с.
Передача телеметрической информации от транспортных
кораблей может осуществляться тремя способами:
- через собственные передатчики телеметрической системы;
- через единую командно-телеметрическую систему ЕКТС-ТКА
по наземному и спутниковому каналам связи;
- через бортовую вычислительную систему модуля СМ.
6

7.

Следует отметить, что в составе РС МКС может находиться до 4
транспортных кораблей, передача ТМИ осуществляется на одной
радиочастоте. Поэтому, чтобы отличить от какого КА поступает
информация, используется телеметрический параметр «окраска
борта», позволяющий идентифицировать КА.
Наземный автоматизированный комплекс управления
Получение телеметрической информации в Центре управления
полетами осуществляется с помощью средств наземного
автоматизированного комплекса управления (НАКУ). Передача ТМИ
от бортовых информационно-телеметрических систем на средства
НАКУ может осуществляться:
- через собственные передатчики и антенно-фидерные устройства
космических аппаратов;
- по радиоканалу единой командно-телеметрической системы
(ЕКТС) в зонах радиовидимости или через спутники-ретрансляторы.
7

8.

Зоны видимости непересекающихся НИПов

9.

Зоны видимости пересекающихся НИПов

10.

Зоны видимости СР

11.

Управление КА через СР

12.

Структура комплекса управления полётом КА
КА
Спутниковый контур
управления
Система связи
и передачи
данных
ЦУП
Наземный контур
управления

13.

Схема передачи данных с МКС и ТГК Прогресс МС
13

14.

Состав наземного контура управления

15.

Средства НАКУ предназначены для обеспечения различных
космических программ. Для реализации конкретных программ
создаются средства наземного комплекса управления (НКУ).
Рассмотрим, для определенности, состав НКУ для пилотируемой
программы.
Наземный комплекс управления РС МКС включает:
1) Центр управления полетом РС МКС на базе ЦУП ФГУП
ЦНИИмаш с основными функциональными составляющими:
- информационно-телеметрическим обеспечением;
- командно-программным обеспечением;
- баллистико-навигационным обеспечением.
2) Технические средства из состава НАКУ КА Минобороны,
размещенные на отдельных командно-измерительных комплексах
(ОКИК) и отдельных измерительных пунктах (ОИП).
15

16.

3) Технические средства из состава НАКУ КА НСЭН и
измерений, размещенные на командно-измерительных пунктах
(КИП):
- Балтийском КИП – (БКИП, г. Калининград);
- Западном КИП (ЗКИП, ПЭ «Медвежьи Озера», АО
«Российские космические системы»);
- Центральном КИП (ЦКИП, г. Железногорск);
- Восточном КИП (ВКИП, п. Углегорск);
- измерительный комплекс космодрома (ИКК) Байконур (пл. 18,
пл. 23, пл. 44);
4) Технические средства из состава многофункциональной
системы ретрансляции (МКСР) «Луч», размещенные:
- на пунктах ретрансляции (ПР): ЗКИП (ПР-1, ЦУП ФГУП
ЦНИИмаш г. Королев), ЦКИП (ПР-2, г. Железногорск), ВКИП (ПР3, п. Углегорск), использующие каналы спутников-ретрансляторов
МКСР «Луч»: «Луч-5Б» (160з.д.), «Луч-5В» (950в.д.), «Луч-5А» (1670в.д.);
16

17.

- на наземном комплексе обеспечения ретрансляции в составе
центра управления ретрансляцией и связью (ЦУРС), расположенного
в ЦУП ФГУП ЦНИИмаш (г. Королев);
- в центре управления полетом КА «Луч» (ЦУП КА «Луч»),
расположенного в ЦУП ФГУП ЦНИИмаш (г. Королев);
5) Систему связи и передачи данных.
Средства решения задач информационно-телеметрического
обеспечения включают:
а) телеметрический ИВК (ТМИВК) ЦУП ФГУП ЦНИИмаш;
б) малогабаритные приемно-регистрирующие станции (МПРС) на
ОКИК-4, 6, 9, 13, 14, 15, 16, ОИП-7, ИКК Байконур (пл. 18, пл. 23, пл.
44), БКИП (г. Калининград), ЗКИП (ПЭ «Медвежьи озера»), ЦКИП
(г. Железногорск);
в) наземный радиотехнический комплекс (НРТК) «Квант-П» на
ОКИК-6, 13, 14, 15, НРТК «Квант-СП» на пл. 23 ИКК Байконур;
г) командно-измерительные системы (КИС):
- КИС «Клен-СП» на ИКК Байконур (пл. 23), ВКИП (п. Углегорск);
17

18.

- КИС «Клен-М» на ЗКИП (АО «Российские космические
системы», г. Москва);
- КИС «Клён» на БКИП (г. Калининград), ЗКИП (п. Медвежьи
озера), ЦКИП (г. Железногорск), ВКИП (п. Углегорск);
- контрольные станции (КС) S-диапазона из состава КИС «КленР», размещенные в ЦУП ФГУП ЦНИИмаш (г. Королев), ЦКИП
(г. Железногорск), ВКИП (п. Углегорск);
д) НРТК «Уран-ЦМ» в ЦУП ФГУП ЦНИИмаш;
е) наземные станции ретрансляции (НСР) КИС «Клен-Р» на
пунктах ретрансляции (ПР): ЗКИП (ПР-1, ЦУП ФГУП ЦНИИмаш
г. Королев), ЦКИП (ПР-2, г. Железногорск), ВКИП (ПР-3, п.
Углегорск), использующие каналы спутников-ретрансляторов «Луч»
(160з.д., 950в.д., 1670в.д.);
ж) малогабаритные радиотелеметрические комплексы (МРТК) с
антенной системой АС-Д, антенной системой АС-М, антенной
системой ТНА-57В на БКИП (г. Калининград), ЦКИП (г.
Железногорск), ВКИП (г. Углегорск);
18

19.

е) НРТК «Уран-ЦМ» в ЦУП ФГУП ЦНИИмаш;
е) наземные станции ретрансляции (НСР) КИС «Клен-Р» на
пунктах ретрансляции (ПР): ЗКИП (ПР-1, ЦУП ФГУП ЦНИИмаш
г. Королев), ЦКИП (ПР-2, г. Железногорск), ВКИП (ПР-3, п.
Углегорск), использующие каналы спутников-ретрансляторов «Луч»
(160з.д., 950в.д., 1670в.д.);
ж) малогабаритные радиотелеметрические комплексы (МРТК) с
антенной системой АС-Д, антенной системой АС-М, антенной
системой ТНА-57В на БКИП (г. Калининград), ЦКИП (г.
Железногорск), ВКИП (г. Углегорск);
19

20.

Таблица. Наземные измерительные пункты
Сокращенное
название
Номер НИП Номер ОКИК
Город
Измерительные пункты министерства обороны и Роскосмома
Центр сбора
информации
ЕВП
Объект 413
11
Голицино
36
16
Евпатория
ЩЛК
34
14
Щелково
пл.44
44
ИП-02
Байконур
пл.23
23
ИП-05
Байконур
БРЛ
27
07
Барнаул
ЕНС
24
04
Енисейск
УЛД
33
13
Улан-Удэ
УСК
35
15
Уссурийск
ППК
26
06
Елизово (ПетропавловскКамчатский)
20

21.

з) система связи и передачи данных в составе:
- каналов связи на базе ВОЛС для обмена информацией ЦУП
ЦНИИмаш с ИКК «Байконур», ОКИК-13, 14, 15, объектом 413;
- интегрированной системы информационного обеспечения,
созданной для обмена информацией с пунктами эксплуатации МО
РФ на базе спутниковой системы связи «Приморка» (ОКИК-4, 6, 13,
14, 15, 16, ОИП-7, пл. 23 ИКК «Байконур»);
- мультисервисной системы связи и передачи данных (МССПД)
для обмена информацией ЦУП ЦНИИмаш со станциями «Клен».
Среди перечисленных средств НРТК «Квант-П», НРТК «УранЦМ», КИС «Клен-СП», КИС «Клён», КИС «Клён-М», контрольные
станции из состава КИС «Клен-Р» используются как резервные,
остальные средства являются основными для информационнотелеметрического обеспечения.
С целью оперативного планирования применения и управления
средствами НКУ РС МКС функционально привлекается Центр
ситуационного анализа, координации и планирования (ЦСАКП),
расположенный в ЦУП ФГУП ЦНИИмаш.
21

22.

Система «Приморка»
Рассмотрим состав системы спутниковой связи «Приморка»,
обеспечивающей передачу телеметрической информации с ОИП и
ОКИК (ОКИК-4, 6, 13, 14, 15, 16, ОИП-7, пл. 23 ИКК «Байконур»)
Министерства обороны и Роскосмоса.
Система спутниковой связи (ССС) «Приморка» предназначена для
обмена телеметрической, командно-программной, траекторной,
видео
информацией
между
элементами
наземного
автоматизированного
комплекса
управлении
космическими
аппаратами при проведении летно-конструкторских испытаний и
запусках разгонных блоков, ракет-носителей и космических
аппаратов, а также штатной эксплуатации космических аппаратов.
В состав ССС «Приморка» входят земные станции
спутниковой связи (ЗССС), включающие
22

23.

– две центральных ЗССС «Приморец-НЦ-01», расположенные
в Главном испытательном центре испытаний и управления
космическими средствами им. Г.С. Титова (г. Краснознаменск, М.о) и
на ОКИК г. Щелково М.о. (НИП-14);
– периферийные ЗССС «Приморец-НП-01», расположенные
на ОИП, ОКИК Министерства обороны и Роскосмоса;
Для передачи информации используются спутники связи
серии «Экспресс-АМ» и «Ямал».

24.

Использование российского спутникового
контура управления
Спутниковый контур совместно с наземным используется для
управления транспортными грузовыми кораблями (ТГК) «Прогресс
МС» и транспортными пилотируемыми кораблями (ТПК) «Союз
МС», на которых установлена следующая бортовая аппаратура:
- аппаратура спутниковой навигации АСН-КП («Прогресс МС»)
и АСН-КС («Союз МС») для определения параметров движения
корабля на борту по сигналам от спутников навигационных систем
ГЛОНАСС и GPS;
- аппаратура измерения параметров относительного движения
объектов «Курс-НА»;
- телеметрическая система МБИТС-ТКМ, позволяющая получать
измерения от аналоговых и цифровых датчиков, телеметрические
массивы цифровой информации от бортовой вычислительной
системы (БВС) КА, измерения от аппаратуры «Курс-НА» и других
систем КА
24

25.

- бортовая радиотехническая система (БРТС) включающая:
• единую командно-измерительную систему ЕКТС-ТКА,
работающую в S-диапазоне радиоволн и имеющую возможность
обмена данными по спутниковому каналу связи;
• активную фазированную антенную решетку (АФАР) S-диапазона
частот, предназначенную для организации приемо-передающего
канала радиосвязи между ЕКТС-ТКА и наземными
измерительными пунктами через многофункциональную
космическую систему ретрансляции (МКСР) «Луч»;
• всенаправленные антенны, предназначенные для обмена данными
с наземными измерительными пунктами.
25

26.

- бортовая радиотехническая система (БРТС) включающая:
• единую командно-измерительную систему ЕКТС-ТКА,
работающую в S-диапазоне радиоволн и имеющую возможность
обмена данными по спутниковому каналу связи;
• активную фазированную антенную решетку (АФАР) S-диапазона
частот, предназначенную для организации приемо-передающего
канала радиосвязи между ЕКТС-ТКА и наземными
измерительными пунктами через многофункциональную
космическую систему ретрансляции (МКСР) «Луч»;
• всенаправленные антенны, предназначенные для обмена данными
с наземными измерительными пунктами.
26

27.

Номера спутников-ретрансляторов и расположение
работающих с ними наземных станций ретрансляции
КИС «Клен-Р»
Номер СР
Номер КА
Номер
НСР КИС «Клен-Р»
Дислокация
НСР КИС «Клен-Р»
СР1
671
104
ЦУП ФГУП ЦНИИмаш
16° з.д.
«Луч-5Б»
СР2
672
204
95° в.д.
«Луч-5В»
г. Железногорск (около г.
Красноярска), ЦКИП
СР3
670
304
167° в.д.
«Луч-5А»
г. Углегорск (около космодрома
«Восточный»), ВКИП

28.

Схема обмена данными при использовании аппаратуры ЕКТС-ТКА
28