Унифицированный командно-измерительный пункт Российский патент 2020 года по МПК B64G3/00 

Изобретение относится к способу управления космическими аппаратами и наземному комплексу управления, в частности к способу организации управления космическими аппаратами и проведения измерений полетов изделий ракетно-космической техники, и унифицированному командно-измерительный пункту.

Из уровня техники известен способ управления космическими аппаратами в полете и наземный комплекс управления для его реализации (см. RU2588178C1, опубл. 27.06.2016). Для управления космическими аппаратами центром управления полетом принимают сигнал оперативного контроля с бортового комплекса управления космического аппарата, обрабатывают принятый сигнал, формируют признак наличия аварийных параметров, при его наличии формируют транзитную команду на съем телеметрической информации в текущем сеансе связи, передают ее в бортовой комплекс управления космического аппарата, записывают параметры информации оперативного контроля на сервера центральной базы данных аппаратно-программного комплекса центра управления полетом. Наземный центр управления космическими аппаратами содержит центр управления полетом, командно-измерительные комплексы, системы передачи данных, баллистический центр, системы сбора баллистической информации, центр ГЛОНАСС, системы синхронизации и единого времени, системы планирования средств управления, пункт управления системой, пункт управления полезной нагрузкой, резервную автоматизированную систему информационно-технического обеспечения для обработки телеметрической информации, соединенные определенным образом.

Наиболее близким аналогом заявленной группы изобретения является способ управления средствами наземного автоматизированного комплекса управления космическими аппаратами научного и социально экономического назначения и измерений (варианты) и наземный автоматизированный комплекс управления космическими аппаратами научного и социально-экономического назначения и измерений (варианты) (см. RU2592031C1, опубл. 20.07.2016). В способе управления НАКУ КА для каждого интервала времени, заданного исходя из технологического цикла управления космическими аппаратами или циклограммой полета ракеты-носителя или разгонного блока, динамически формируются одна работоспособная конфигурация наземных комплексов управления (измерений) из состава единой и унифицированной совокупности указанных средств контроля и обработки информации, а также средств вычислительных сетей и связи.

Недостатками указанных аналогов, и в том числе наиболее близкого, является то, что на большинстве отдельных командно-измерительных комплексов имеется избыточное количество отдельных технических зданий и сооружений, эксплуатация которых достаточно обременительна и требует оптимизации.

Техническим результатом заявленного изобретения является сокращение избыточного количества технических зданий и сооружений; повышение оперативности действий дежурных смен и расчетов средств управления космическим аппаратом (КА) и проведения измерений; повышение оперативности контроля работы средств отдельных командно-измерительных комплексов (ОКИК), отдельных измерительных пунктов (ОИП); обеспечение объединения в одну совокупность вновь создаваемых, перспективных средств и уже существующих, эксплуатируемые средств ОКИК (ОИП), повышение оперативности формирования и передачи командно-плановой информации, обеспечение автоматизированного контроля и поддержания необходимого уровня постоянного жизнеобеспечения людей и работы технических средств (температурно-влажностный режим и т.д), повышение уровня контроля допуска к техническим средствам ОКИК (ОИП) и проведения режимных мероприятий, повышение уровня подготовки расчетов дежурных смен за счет создания унифицированного учебно-тренировочного комплекса в составе УКИП.

Технический результат заявленного изобретения достигается за счет создания способа организации управления космическими аппаратами и проведения измерений полетов изделий ракетно-космической техники, и создания унифицированного командно-измерительный пункта.

Заявленное изобретение проиллюстрировано фиг.1.

На схеме фиг.1 приведена структурная схема УКИП, элементы 19-27 в состав УКИП не входят. На фиг.1 обозначено:

1 – унифицированная техническая модульная конструкция;

2 – сектор бытового и материально-технического обеспечения;

3 – сектор контроля удаленного доступа;

4 – пункт управления УКИП;

5 – сектор обеспечения безопасности информации;

6 – система единого времени;

7 – сектор размещения специальной аппаратуры;

8 – сектор наземных станций командно-измерительных систем;

9 – сектор приема и регистрации телеметрической информации;
10 – сектор квантово-оптических систем;

11 – унифицированные учебно-тренировочные средства;

12 – информационно-коммуникационный сектор УКИП;

13 – система передачи данных;

14 – узел связи;

15 – антенные системы станций командно-измерительных систем (АС НС КИС);

16 – антенная система земной станции спутниковой связи;

17 – антенная система аппаратуры приема и регистрации ТМИ;

18 – квантово-оптическая система;

19 – пункт управления ГИКЦ;

20 – пункт управления КА;

21 – центр системы информационно-телеметрического обеспечения;

22 – баллистический центр (БЦ) НАКУ КА;

23 – центр сбора, обработки и анализа информации;

24 – единый центр управления полетами разгонных блоков;

25 – автоматизированный центр управления системой единого времени;

26 – пункт сбора измерений квантово-оптической системы;

27 – центр общего назначения (ЦОН).

28 – унифицированный командно-измерительный пункт (УКИП);

29 – главный испытательный космический центр (ГИКЦ);

30 – система спутниковой связи;

31 – магистральные волокно-оптические кабели сетей;

32 – радиорелейные каналы связи;

33 – антенное поле;

34 – ТКЦ ГИКЦ.

Заявленный унифицированный командно-измерительный пункт, представляет собой совокупность технических средств управления КА, сектора измерительной информации, узла связи, оперативных органов управления ОКИК (ОИП), технологического оборудования, секторов размещения дежурных смен и расчетов средств управления КА, сектора обеспечения их жизнедеятельности, требуемых условий эксплуатации оборудования и поддержания ТВР. Все эти средства размещаются в единой унифицированной технической модульной конструкции (УТМК). УТМК, в зависимости от количества средств НАКУ КА и организационно-штатной структуры, образует одно- или двухэтажный комплекс. Схема УКИП представлена на фиг. 1.

Предлагаемый способ организации управления КА и обеспечение запусков телеизмерениями изделий РКТ заключается в следующем.

Пункт управления КА (19), расположенный в ГИКЦ, формирует списки разовых команд (РК) и программы сеансов связи с КА и направляет по спутниковым или магистральным волоконно-оптическим каналам связи на узел связи УКИП (14). Оператор сектора НС КИС через информационно-коммуникационный сектор получает информацию, после чего программа сеансов связи доводится до пункта управления УКИП (4). Командно-программная информация (КПИ), РК, команды управления (КУ) направляются через специальный сектор (7) на АС КИС (15) и по командной радиолинии в бортовой комплекс управления (БКУ) КА. БКУ выдает информацию обратного канала (ИОК) - квитанцию о получении КПИ, РК, КУ и передает бортовую ТМИ, измерение текущих навигационных параметров (ИТНП), целевую информацию (ЦИ) на НС КИС. После чего информация передается в пункт управления КА (19) ГИКЦ и БЦ НАКУ (22) и ЦОН (27) для дальнейшего анализа.

Заметим, что дальнейшее развитие наземных средств, в том числе НС КИС должны быть унифицированы и иметь возможность проводить сеансы с КА на различных орбитах, а обеспечивать управление как непосредственно, так и с помощью ретрансляционных технологий.

Для задач телеметрического обеспечения пусков изделий РКТ привлекаются средства из состава ОКИК (ОИП) согласно программе КСИСО для РН различных типов и НИК для РБ и МБ. Из средств телеметрического обеспечения формируются контуры измерений, состоящие из антенных систем, аппаратуры приема и регистрации ТМИ (9, 17), квантово-оптических средств (10, 18), линии связи системы передачи данных.

Прием ТМИ от БРТС РН или РБ осуществляется антенным комплексом (17), в зависимости от оснащения изделий РКТ телеметрические средства УКИП могут принимать до 16 независимых каналов ТМИ. Сектор приема и регистрации ТМИ получает ТМИ сигнал от антенно-фидерного устройства, осуществляет их оцифровку, модуляцию и синхронизирует с метками времени СЕВ (6).

Сектор ТМИ выполняет прием и передачу информации, а также послесеансную передачу в центры обработки информации ЦС ИТО (21), ЦС ОАИ (23), ЕЦУП РБ (24) и ЦОН (27).

УКИП предлагается оснастить антенными комплексами, способными принимать ТМИ в рабочих диапазонах частот MI, MII, MIII, ДI, ДII, ДIV, например, с использованием активной фазированной антенной решетки с автоматическим сопровождением объектов измерений и автоматическим вводом целеуказаний без участия оператора.

Передача потоков информации осуществляется за счет магистральных оптико-волоконных линий связи, спутниковых и радиорелейных каналов. Их планирование и выделение частотных ресурсов осуществляется в ГИКЦ.

Для проведения внешних траекторных измерений КА УКИП предлагается оснастить современной квантово-оптической системой КОС (18, 10), способной проводить дальномерные измерения космических объектов на высоте до 40000 км, сопровождать и измерять угловые расстояния для КА, оснащенных ретрофоторефлекторами, а также определять угловые координаты других космических объектов. Данный комплекс дает существенное повышения точности траекторных измерений в штатном технологическом цикле управления КА. Результаты работы КОС по существующим наземным каналам связи должны передаваться в ПСИ КОС ГИКЦ (26) и в ППЦ (в случае траекторных измерений КА ГЛОНАСС) для анализа информации.

Отметим, что УКИП оснащен системой единого времени (4) синхронизированной с АЦУ СЕВ (25) ГИКЦ и все технические средства управления КА и измерений синхронизированы с СЕВ УКИП.

Вся информация в УТМК циркулирует через ИКС УКИП (12), для обеспечения безопасности которой предусмотрен сектор обеспечения безопасности информации (5).

Узел связи (УС, 14) нового поколения, предлагаемый для размещения в УКИП должен прийти на замену существующих УС и должен быть построен на современных телекоммуникационных технологиях, основанных на цифровых методах приема и передачи информации. Предполагается, что УС будет оснащен ЗССС (16), закрытой и открытой телефонной и IP-связью, закрытой и открытой видеосвязью, оборудованием ГГС и системой обмена и передачи данных (13).

Предлагаемый УКИП, помимо секторов для выполнения задач управления КА и проведения телеизмерений, имеет в своем составе сектор материально-бытового обеспечения личного состава (2), который объединяет в себе кабинеты командования ОКИК (ОИП), помещения для делопроизводства, проведения совещаний, комнаты отдыха личного состава, гардеробные, санузлы, комнаты приема пищи и др.

Для реализации в УКИП системы разграничения доступа предусмотрен сектор контроля удаленного доступа, который строится на основе считывающих устройств и исполнительных механизмов. В качестве устройства ввода идентификационных признаков (УВИП) для разрешения прохода используются контроллеры и считыватели. Все контроллеры СКУД соединяются посредством интерфейса RS-485 в единую систему, и управляются автоматически программным обеспечением или оператором через консоль ПК. Считыватели предназначены для управления доступом через одну точки доступа путем считывания кодов предъявляемых идентификаторов, проверки прав доступа и замыкания (размыкания) контактов реле, управляющих запорными устройствами (электромагнитным замком).

Для контроля периметра охраняемой зоны вокруг УКИП, контроля антенных систем, аппаратных технических средств управления КА и измерений пункт управления УКИП оснащен системой видеоконтроля.

Для задач повышения уровня подготовки и повышения квалификации операторов и эксплуатирующего персонала, а также проведения инструктажей в УКИП предусмотрен УУТК, который представляет собой, современное, интерактивное средство обучения, обеспечивающее возможность тестирования, тренировки и контроля уровня знаний операторов основных технических средств УКИП.

Унифицированная техническая модульная конструкция (1) позволяет создавать различные компактные варианты размещения как средств управления и измерений, так и оперативных служб ОКИК (ОИП) в зависимости от целевой загрузки у конкретного пункта эксплуатации. При этом УТМК оснащена современными инженерными системами по поддержанию ТВР и комфортной работы операторов дежурных смен и оперативных служб.

УКИП обеспечивает эффективное выполнение основных задач как в повседневной деятельности, так и в случае различного рода обстоятельств, позволяет переходить на автономную работу без снижения надежности и качества выполняемых целевых задач, за счет оснащения УКИП системами аварийного оповещения и автономного электропитания.

На типовом ОКИК (ОИП) эксплуатируются порядка 20 территориально разнесенных технический зданий и сооружений. В 12-15 из них размещены средства управления КА, узел связи, пункт управления, телеметрические средства, которые возможно перенести у УКИП, таким образом очевидна экономическая целесообразность и экономия на эксплуатационных мероприятиях от 60 до 75%.

Также, важно отметить, что функциональное размещение секторов управления КА, телеметрического обсечения, связи, пунктов управления и органов управления пункта эксплуатации в едином унифицированном техническом комплексе приведет к сокращению, необходимого для обслуживания и выполнения целевых задач, личного состава.

Создание и оснащение пунктов эксплуатации УКИП, позволит построить инновационную архитектуру НАКУ КА, а также перейти на качественно новые технические и технологические принципы, отвечающие вызовам времени, а также высоким стандартам и требованиям по устойчивости, безопасности и надежности.

Оснащение пунктов эксплуатации УКИП позволит проводить поэтапное, параллельное перевооружение технических средств управления КА и обеспечения измерений НАКУ КА за счет возможности размещения новых перспективных технических средств в компактной модульной конструкции с постепенным выводом из эксплуатации старых технических средств и сооружений.

Таким образом, можно сделать вывод о том, что размещение УКИП на ОКИК (ОИП) позволит повысить эффективность и оперативность, выполняемых целевых задач, а также кардинально в перспективе повысит технико-эконмические показатели за счет ресурсосбережения и снижения стоимости эксплуатации, как существующих объектов размещения, так и вновь создаваемых.

Ресурсосбережение и экономическая эффективность принятых технических решений заключается в снижение стоимости эксплуатации и может быть представлено в виде формулы:

,

где n – количество технический зданий на ОКИК (ОИП);

– экономическая эффективность;

– стоимость электроснабжения;

– стоимость водоснабжения и водоотведения;

– стоимость отопления;

– стоимость текущего ремонта;

– стоимость содержания коммуникаций.

На типовом ОКИК (ОИП) эксплуатируются порядка 20 территориально разнесенных технический зданий и сооружений. В 12-15 из них размещены средства управления КА, узел связи, пункт управления, телеметрические средства, которые возможно перенести у УКИП, таким образом очевидна экономическая целесообразность и экономия на эксплуатационных мероприятиях от 60 до 75%.

Также, важно отметить, что функциональное размещение секторов управления КА, телеметрического обсечения, связи, пунктов управления и органов управления пункта эксплуатации в едином унифицированном техническом комплексе приведет к сокращению, необходимого для обслуживания и выполнения целевых задач, личного состава.

Кроме того, использование УКИП повышает наблюдаемость объектов НАКУ КА, что приводит к повышению управляемости при проведения направленной реконфигурации, в случае построения новых контуров управления КА и проведения измерений полетов РКТ.

Изобретение относится к способу управления КА и наземному комплексу управления, в частности к способу организации управления КА и проведения измерений полетов изделий ракетно-космической техники, и унифицированному командно-измерительный пункту. Унифицированный командно-измерительный пункт представляет собой размещенные в единой унифицированной модульной конструкции совокупность технических средств управления КА, сектора измерительной информации, узла связи, оперативных органов управления отдельных командно-измерительных комплексов, отдельных измерительных пунктов технологического оборудования, секторов размещения дежурных смен и расчетов средств управления КА. Из средств телеметрического обеспечения формируются контуры управления и измерений, состоящие из антенных систем, аппаратуры приема и регистрации телеметрической информации, квантово-оптических средств, линий связи систем передачи данных. Повышается оперативность действий и проведения измерений. Повышается оперативность формирования и передачи командно-плановой информации. Повышается контроль. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Унифицированный командно-измерительный пункт, который представляет собой размещенные в единой унифицированной модульной конструкции совокупность технических средств управления космическим аппаратом, сектора измерительной информации, узла связи, оперативных органов управления отдельных командно-измерительных комплексов, отдельных измерительных пунктов технологического оборудования, секторов размещения дежурных смен и расчетов средств управления КА, из средств телеметрического обеспечения формируются контуры управления и измерений, состоящие из антенных систем, аппаратуры приема и регистрации телеметрической информации, квантово-оптических средств, линий связи систем передачи данных, прием телеметрической информации осуществляется антенным комплексом, сектор приема и регистрации телеметрической информации получает телеметрический сигнал от антенно-фидерного устройства, осуществляет их оцифровку, модуляцию и синхронизирует с метками времени системой единого времени, сектор телеметрической информации выполняет прием и передачу информации и послесеансную передачу в центры обработки информации: центр системы информационно-телеметрического обеспечения, центр сбора, обработки и анализа информации, единый центр управления полетами разгонных блоков и центр общего назначения, при этом унифицированный командно-измерительный пункт снабжен антенными комплексами, способными принимать телеметрическую информацию в рабочих диапазонах частот MI, MII, MIII, ДI, ДII, ДIV, передача потоков информации осуществляется за счет магистральных оптико-волоконных линий связи, спутниковых и радиорелейных каналов.

2. Унифицированный командно-измерительный пункт по п.1, отличающийся тем, что антенные комплексы выполнены с использованием активной фазированной антенной решетки с автоматическим сопровождением объектов измерений и автоматическим вводом целеуказаний без участия оператора.