Регистрация / Вход
Прислать материал

14.578.21.0021

Аннотация скачать
Постер скачать
Презентация скачать
Общие сведения
Номер
14.578.21.0021
Тематическое направление
Транспортные и космические системы
Исполнитель проекта
федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский федеральный университет"
Название доклада
Разработка многофункционального бортового комплекса управления для малых космических аппаратов с использованием радиационно-стойкой элементной базы российского производства класса "система на кристалле"
Докладчик
Непомнящий Олег Владимирович
Тезисы доклада
Цели и задачи исследования
Получение значимых научных результатов для построения высокотехнологичной, унифицированной платформы малых космических аппаратов на основе элементной базы российского производства пятого поколения, позволяющей комплексно решать перспективные задачи космического мониторинга, дистанционного зондирования Земли и связи.
Моделирование и макетирование различных технических решений и технологических условий по созданию бортового комплекса навигации, ориентации и управления, ориентированного на эффективное функционирование в течении всего срока активного существования малых космических аппаратов на основе передовых достижений отечественной микроэлектроники с использованием устройств класса «система на кристалле»
Актуальность и новизна исследования
В настоящее время традиционные подходы к архитектуре бортовых комплексов управления (БКУ) космических аппаратов (КА), основанные на централизованной иерархии управляющих связей, не могут коренным образом повлиять на решение основных задач космического приборостроения для бортовых систем управления. В том числе добиться высокой надежности, сбое- и отказоустойчивости при приемлемом уровне затрат аппаратного резервирования, выдержать жесткие требования к массогабаритным показателям и потребляемой мощности, добиться унификации интерфейсов и каналов передачи данных и как следствие достичь необходимых технико-экономических показателей, позволяющих конкурировать на глобальном рынке с лучшими мировыми аналогами. К основной причине отсутствия отечественных платформ для малых космических аппаратов можно отнести существенные отличия сетевой архитектуры от применяемых в настоящее время на КА централизованных, аппаратно-резервируемых структур со сложной системой взаимных связей. Количество требуемых изменений настолько велико, что связанные с внедрением модульно-сетевой технологией высокие технические риски выступают в качестве главных сдерживающих факторов.
Таким образом, переход к модульно-сетевым архитектурам бортовых комплексов управления, существенно меняет концептуальные подходы к проектированию не только БКУ, а также платформы КА. Технологические риски внедрения качественно новой архитектуры сетевого БКУ, могут быть существенно снижены за счет применения последних достижений в области отечественной микроэлектроники, углубленной наземной экспериментальной отработки прототипа БКУ.

Описание исследования

Основной научно-технической задачей проекта является разработка модульно-сетевой архитектуры и реализация на отечественной элементной базе универсального, многофункционального бортового комплекса управления (БКУ) и пространственной ориентации для малых и сверхмалых космических аппаратов (КА) с повышенным сроком активного существования.

Решение поставленной задачи основывается на использовании передовых достижениях российской микроэлектроники при проектировании сверхбольших интегральных схем (СБИС) и систем по технологии «система на кристалле».

Используемый режим определения пространственной ориентации существенно расширяет функциональные возможности навигационной аппаратуры КА, обеспечивает наиболее эффективное комплексирование навигационной аппаратуры потребителей (НАП) с инерциальными навигационными системами. Следует отметить, что использование в НАП определения пространственной ориентации, фазовых измерений сигналов навигационных космических аппаратов (НКА) предъявляет повышенные требования к погрешности измерения фазы несущей частоты сигнала, вносимой трактами его обработки, что существенно затрудняет разработку методов обработки сигналов в такой НАП. Именно данное обстоятельство обуславливает повышенную наукоемкость разработки НАП определения пространственной ориентации объектов и сдерживает появление на рынке СБИС для ее реализации.

В связи с тем, что во всех основных элементах, входящих в состав служебных систем КА, необходимо использовать технологии класса система на кристалле (СнК) и система в корпусе (СвК), а работа этих элементов производится в тесном тесном взаимодействии, в рамках проекта все элементы интегрированы в единый комплекс, объединенный общими технологическими, программными, интерфейсными и конструктивными решениями.
 

Результаты исследования

• Выполнено теоретическое обоснование возможности использования результатов фундаментальных исследований путем решения модельных задач при большом числе упрощений, позволяющих создать БКУ МКА;

• Выполнено обоснование и осуществлен выбор моделей, методов, программ и алгоритмов, позволяющих осуществить моделирование и сформировать пути применения результатов фундаментальных исследований;

• Разработан «План эксперимента» в соответствии с ГОСТ 24026-80 и Р 50.1.040-2002 для проведения моделирования;

• Разработаны функциональные модели и выполнено математическое моделирование системы пространственной ориентации БКУ МКА;

• Разработаны алгоритмы измерения пространственной ориентации;

• Разработаны алгоритмы разрешения фазовой неоднозначности переборными и одномоментными методами;

• Разработана математическая модель наблюдаемых навигационных сигналов;

• Разработаны алгоритмы калибровки угломерных каналов НАП раскрытия антенной системы, проведения маневров МКА;

• Разработаны поведенческие модели и алгоритмы функционирования однокристальных вычислителей для субпроцессора подавления помех;

• Разработан комплект прикладных программ для реализации алгоритмов измерения координат и пространственной ориентации МКА;

• Выполнена обработка и интерпретация результатов моделирования с исследованием их чувствительности к допущениям, сделанным при построении модели;

• Разработаны модели основных сложно-функциональных (СФ) блоков системы на кристалле для центрального процессора управления и процессора пространственной ориентации;

• Изготовлены макеты и выполнены лабораторные  исследования основных функциональных IP-блоков для БКУ МКА;

• Выполнено исследование существующей элементной базы российского производства, обоснованы и выбраны виды экспериментальной реализации БКУ МКА;

• Разработан комплект ЭКД экспериментального образца БКУ МКА;

• Разработан функциональный состав и сформировано библиотечное окружение для центрального процессора управления и процессора пространственной ориентации;

• Изготовлены лабораторные макеты центрального процессора управления и процессора пространственной ориентации;

• Выполнены экспериментальные исследования лабораторных макетов центрального процессора управления и процессора пространственной ориентации;

• Осуществлена закупка расходных материалов и комплектующих;

• Разработаны лабораторные макеты сетевых узлов БКУ;

• Выполнены экспериментальные исследования лабораторных макетов сетевых узлов БКУ;

• Разработана программа и методики лабораторных исследований и специальных испытаний экспериментального образца  БКУ;

• Выполнены лабораторные исследований экспериментального образца БКУ МКА;

• Разработана концепция активной трехосной системы ориентации микроспутника;

• Изготовлен экспериментальный образец БКУ МКА;

• Проведены специальные испытания экспериментального образца БКУ МКА;

• Приобретены материалы и комплектующие для проведения лабораторнеых исследований экспериментального образца процессора пространственной ориентации;

Практическая значимость исследования
В соответствии со Стратегической программой исследований технологической платформы «Национальная информационная спутниковая система» (http://www.tp.iss-reshetnev.ru/index.php/documents-all) планируемые к получению в рамках заявляемого проекта результаты направлены на использование в области проектирования и разработки автоматических космических аппаратов связи, навигации и геодезии; создания перспективных систем управления и контроля исполнительной прецизионной автоматики космических аппаратов; создания систем пространственной ориентации и навигации; систем энергопреобразующей аппаратуры КА.
Результаты работы будут использованы для создания малых и сверхмалых космических аппаратов, лабораторных и рабочих мест по изготовлению, наземной экспериментальной отработки бортовой аппаратуры для платформ космических аппаратов. Потребителями результатов работы являются разработчики и производители космических аппаратов и их компонентов для оборонного, научно-экспериментального, образовательного и коммерческого применения, в том числе: ФГУП «НПО им. С.А.Лавочкина»; ОАО «Информационные спутниковые системы имени академика М.Ф. Решетнёва»; ВНИЭМ; ЦНИМАШ; МГТУ им. Н.Э. Баумана; Военно-космическая академия имени А.Ф. Можайского; НИУ ТПУ; НИУ ТГУ; ТУСУР; СибГАУ; НИУ ИТМО; СФУ; СГАУ; Институт проблем управления РАН, Институт космических исследований РАН и др. Запланировано завершение действующего и подготовка последующего внутреннего ОКР по созданию унифицированной платформы малых космических аппаратов по заказу потребителя ОАО «ИСС» с параллельным внедрением на предприятии разработанных методов проектирования и целевой подготовкой инженерных кадров. Координационный механизм внедрения – технологическая платформа «Национальная информационная спутниковая система».
Презентация

Presentation_14.578.21.0021.pptx