автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.16, диссертация на тему:Программные и аппаратные средства информационного обеспечения натурного космического эксперимента

5 5

; ¡ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ПО ВЫСШЕМУ ОБРАЗОВАНИЮ

НОВОСИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

На правах рукописи УДК 001.89 681.3 629.78

ПРОКОПЬЕВ Юрий Михайлович

ПРОГРАММНЫЕ И АППАРАТНЫЕ СРЕДСТВА ИНФОРМАЦИОННОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ НАТУРНОГО КОСМИЧЕСКОГО ЭКСПЕРИМЕНТА

05.13.16 - Применение вычислительной техники, математического моделирования и математических методов в нау« лых исследованиях

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Новосибирск - 1995 г.

Работа выполнена в отделе атмосферных исследований НИЧ НГУ и кафедре общей физики Новосибирского государственного университета

Научные руководители- фил.-мат. наук А. А. Кочеев,

кандидат технических наук В. И. Гусельников , 6

Официальные оппоненты: доктор технических наук,

профессор В. И. Нифонтов,

кандидат физ.-мат. наук В. В. Кобков

Ведущая организация: Научно-исследовательский институт ядерной физики Московского госуниверситега

Защита состоится " И - Н0Я£/> 9 1995 года в час. на

заседании спецплизированного совета Д 063.98.01 по присуждению ученой степени кандидата технических наук в Новосибирском государственном университете по адресу: 630090, Новосибирск-90, ул. Пнрогова, 2.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Новосибирского государственного университета.

Автореферат разослан ". О _] 995 г

Ученый секретарь Специализированного совета кандидат физико-математических наук

Ю. И. Ерёмин

'■Л^ЛАл^

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы.

Современное общество уже трудно представить без космических систем. Телевидение и телефония, геодезия и навигация, экология и другие отрасли человеческой деятельности поддерживаются сегодня орбитальными комплексами космических аппаратов (КА), в частности высокоорбитальными. Становление и развитие космической техники, происходящее в последние десятилетия зачастую происходит при фактической неопределенности условий эксплуатации самих космических аппаратов, в силу недостаточных знании космической Среды. Так, радиационные пояса Земли, деградация свойств конструкционных материалов в магнитосферной плазме, электризация высокоорбитальных КА и ряд других факторов космического пространства (ФКП), имеющие существенное, а зачастую и определяющее влияние на надежность функционирования КА, были открыты параллельно с развертыванием орбитальных группировок.

Развитие космических технологий тесно связано с проблемой надежности функционирования космических аппаратов. Эта задача, как правило, имеет два аспекта. Во-первых, для установки на КА необходима разработка приборов и изделий повышенной надежности, с учетом условий эксплуатации; во-вторых - подразумевается разработка методик и устройств наземной отработки и испытаний, для имитации воздействия факторов космического пространства. Обе стороны вопроса напрямую приводят к .хобходи-мости определения физических условий, в которых функционирует аппаратура в реальном космосе. Знание этих устовий является определяющим при формулировке технических условий и требований изготовителям космических аппаратов и систем.

Таким образом, непрерывный контроль факторов космического пространства в процессе эксплуатации КА становится актуальной потребностью для развития космических систем. Он позволяет выявлять критические ситуации и прогнозировать условия, которые потенциально могут привести к фатальной ситуации, а проведение научных исследований по изучению ФКП имеет как фундаментальный характер, так и непосредственное приложение в технике и технологии. •

Проведение натурных экспериментов позволяет решить ряд фундаментальных и практических задач по определению влияния факторов космического пространства на космические аппараты и бортовую аппаратуру, сформулировать рекомендации по проектированию космических аппаратов для'повышения их надежности.

Для получения надежных результатов необходимы долговременные, комплексные измерения различных параметров. Аппаратура в таком эксперименте должна стабильно работать в течение нескольких лет в жестких климатических условиях космического пространства, иметь низкое потребление, небольшие габариты и БсС.

С другой стороны, развитие исследований факторовввоздейст-вия космического пространства на космические аппараты привело к существенному увеличению информационной насыщенности эксперимента, усложнению измерительной аппаратуры и средств её разработки. Поэтому способность аппаратуры оперативно ре-конфигурироваться для постановки каждого конкретного эксперимента становится крайне важным фактором.

Актуальность темы связана с необходимостью исследований факторов, влияющих на надежность космических аппаратов и разработкой для этого бортовых микропроцессорных систем измерения, автоматизации всего цикла проведения натурного эксперимента, начиная с этапов согласования условий проведения эксперимента и разработки аппаратуры, до обработки информации, анализа полученных результатов и выработки рекомендаций. Недостаточность автоматизации в значительной степени сказывается на сроках проведения работ, их стоимости и качестве получаемых результатов.

Эта работа посвящена созданию технических и программных средств для исследования космического пространства, автоматизации процесса разработки приборов, проведения космического эксперимента и его информационного обеспечения. Реализация сквозной технологии создания и эксплуатации аппаратуры значительно повысило эффективность и сократило сроки выполнения этих работ.

Цель работа

- разработка аппаратуры натурного эксперимента в совокупности с программными средствами управления экспериментом, передачей и обработкой получаемых данных;

- проведение натурных экспериментов с использованием микропроцессорной бортовой аппаратуры и современных информационных технологий обработки результатов;

- создание, на основе современных информационных технологий, комплекса программных и аппаратных средств разработки и эксплуатации приборов для космического эксперимента. Для этого в едином цикле объединяются процессы проектирования аппаратуры, её испытания, получения, обработки, хранения и использования данных;

- создание программных средств для автоматизации процессов обработки, хранения и использования данных натурных экспериментов. ^

Научная новизна и практическая значимость,

1. Разработан надежный модульный микропроцессорный комплекс и программное обеспечение, на базе которого подготовлено и проведено несколько натурных экспериментов на геостационарных и высокоорбиталышх космических аппаратах.

2. Разработана патрульная аппаратура мониторинга факторов космического пространства и подготовлено программное обеспечение для наземкой поддержки.

3. Подготовлены и проводятся совместные с Европейским космическим агентством эксперименты.

4. Создан комплекс программ по приему, обработке, хранению и визуализации информации, получаемой в ходе эксперимента.

5. Создан комплекс программных и аппаратных средств единого цикла подготовки и проведения космического эксперимента.

6. Предложен метод измерения интегральной величины импульсного заряда; с помощью численного моделирования, лабораторных и натурных проверок способа температурной стабилизации измерителя подтверждена его эффективность.

Апробация работы.

Основные положения данной работы обсуждались -та межведомственном научно-техническом совете по проблеме "Электризация", на семинарах Отдела атмосферных исследований НГУ, НИИЯФ МГУ, Сибирского института солнечно-земной физики г. Иркутск.

По материалам работы сделаны доклады на научной конференции "ЭЗМ и науки о Земле" (Новосибирск, 16 -18 апреля 1986 г.), на международной научной конференции "Проблемы взаимодействия ИСЗ с космической средой" (Новосибирск, 15-19 июня 1992 г.).

Разработанные технические и программные средства были апробированы в нескольких успешных натурных экспериментах на космических аппаратах "Горизонт", "Галс", 'Экспресс" (НПО ПМ г. Красноярск) и "Глонас" (ПО "Полет" г. Омск). По результатам, полученным в экспериментах, уполномоченными организациями принимались оперативные решения по управлению космическими аппаратами и изменению режимов их работы. По этим данным были также выработаны руководящие технические материалы по

увеличению стойкости КА к воздействию факторов космического пространства.

Некоторые из приборов продолжают эксплуатироваться, информация с них постоянно обрабатывается.

Начата эксплуатация патрульной аппаратуры мскиторинга фалшров космического пространства МИПЭ ДИЭРА, информационной сети, обеспечивающей передачу научной информации, создана и пополняется база экспериментальных данных.

Более года проводится совместный с ESA эксперимент по изучению деградации терморегулирующнх покрытий. Еще один эксперимент по регистрации микрометеоритов находится в стадии предстартовых испытаний.

Структура и объем работы.

Диссертация состоит из введения, 4 глав и заключения. Общий объем 112 страниц машинописного текста, содержит 29 иллюстраций. Список использованной литературы включает 26 наименования.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуальность работы, сформулированы цели и задачи, решаемые в диссертации, сформулированы основные положения, выносимые на защиту.

На Рис. 1 отражены стадии постановки натурного космического эксперимента и их связь с комплексом программных и аппаратных средств разработанных и адаптированных для использования в этом процессе. Сильная взаимозависимость этих этапов друг от друга может вызывать большие затруднения при подготовке исследований в космосе, особенно если нужно вносить изменения в процессе работы. Поэтому здесь требуется взаимное согласование программных и аппаратных средств разработки и проведения эксперимента, объединение их в единый комплекс.

Необходимость в проведении сложного эксперимента, включающего в себя не только сбор информации, а и управление факторами воздействия на измеряемую среду, желание иметь возможность достаточно быстро варьировать состав и параметры аппаратуры, приводят к большим затратам на разработку каждого ее нового поколения. При этом, как правило, для каждого эксперимента создается практически новый прибор. Решение проблемы в использовании современной микропроцессорной техники, гибкого программного обеспечения и модульном принципе построения бортовой научной аппаратуры.

Программные средства.

Постановка: научной или технологической проблемы. Техническое Предложение,

Аппаратные средства.

Программное обеспечение

базовых комплектов.

САПРы и компиляторы.

Программные эмуляторы.

Средства передачи данных и первичной обработки.

База данных (хранение и экспорт), визуализация.

Разработка методов исследования и управления, техническое задание.

разработка аппаратуры и программного обеспечения.

Лабораторные проверки и испытания. /

Испытания в составе КА и предстартовые проверки.

Эксплуатация и натурный эксперимент.

Базовые микропроцессор ныв комплекты.

Модули расширения.

Программаторы, эмуляторы.

КПА, диагностическая аппаратура.

Рабочая станция.

¿32.

Научные результаты, технические рекомендации.

Рис. 1. Этапы постановки натурного космического эксперимента и их связь комплексом разработки.

Дополнительные проблемы возникают в процессе использования получаемой информации. К ним относятся не только большие объемы получаемых данных, но и сложность обработки, необходимость унификации и потребность в средствах наглядной визуализации. Наиболее плодотворный подход в этом случае - широкое

использование ЭВМ и современных информационных технологий на всех этапах: от постановки эксперимента до обработки и ис- л пользования результатов.

В первой гладе сбсуждаа ся проблема влияния факторов космического пространства на надежность функционирования КА, связанная с электризацией, рассматриваются методы и датчики для исследования параметров электризации. Там же приводится описание микропроцессорной аппаратуры натурного космического эксперимента, интерфейсных модулей и соответствующего программного обеспечения.

Параграф 1.1 знакомит с используемой в экспериментах дат-чиковой аппаратурой и методами измерения. Здесь описаны датчик электрического поля, датчик разности потенциалов, датчики интегральной плотности тока, датчики интенсивности и спектра помех.

Содержание параграфа 1.2 дает пример подходов к проработке датчиковой аппаратуры. Здесь более подробно описан измеритель интегральной величины импульсного заряда, на основе которого создан модуль спектрометра помех. В измерителе используются свойства диода с накоплением заряда (ДНЗ). Рассмотрены физические процессы, протекающие в момент регистрации короткого разрядного импульса, показано, что переходная характеристика хорошо аппроксимируется логарифмической зависимостью. Такая зависимость удобна для расширения динамического диапазона измерителя с сохранением объема запоминаемой и передаваемой информации.

Далее обосновывается оригинальный способ температурной стабилизации измерителя, основанный на физических свойствах самого диода, и приводятся результаты расчетов оптимальных параметров и температурных характеристик при моделировании свойств ДНЗ на ЭВМ.

В параграфе 1.3 описаны алгоритмы, по которым строится программное обеспечение прибора. В качестве примера приводится несколько процедур сжатия динамического диапазона показаний датчиков электрического поля.

Здесь же обсуждаются проблемы структуризации данных эксперимента, сохраняемых в приборе, и их связь с процессами передачи информации на Землю. Эта связь обусловлена зависимостью объемов передаваемых данных от пропускной способности каналов передачи и от требуемой устойчивости к ошибкам передачи.

Параграф 1.4 посвящен наиболее общим вопросам создания программного обеспечения для приборов натурного эксперимента. Желание создать достаточно универсальный прибор для про-

ведения эксперимента ведет к усложнению алгоритмов управления, что, в свою очередь, вступает в конфликт с лимитом аппаратных средств управления доступных на космическом аппара ге. Дополнительные ограничения накладываются и на сам процесс управления, так как он тесно связан со штатными функциями КА.

Как правило, прибор имеет, так называемую, штатную программу (режим) работы. В этом режиме аппаратура начинает работать сразу после включения питания, и обычно возвращается к нему после отработки каких-либо команд управления. Параметры "штатного режима" - результат компромисса, зависящего от задач эксперимента, используемой аппаратуры, космического аппарата и т. д., и позволяющего осуществить большинство планируемых целей. Работа аппаратуры в других режимах не должна нарушать общей логики эксперимента и при этом необходимо обеспечить корректный переход из режима в режим.

Поскольку центральным, объединяющим звеном в описываемой аппаратуре является программа, исполняемая микропроцессором, подавляющее большинство проблем и задач реализации целей проведения эксперимента можно переложить на программное обеспечение. Это тем более важно, так как эти цели могут изменяться в ходе разработки и запуска аппаратуры в эксплуатацию, а программное обеспечение более легко поддается соответствующей коррекции чем переделка аппаратной части.

В параграфах 1.5 и 1.6 описаны два базовых микропроцессорных Комплекта (с использованием микропроцессоров серий 580 и 1821), которые являлись основой построения измерительной аппаратуры натурного эксперимента. Приводятся технические требования к аппаратуре и набор измеряемых параметров и функций аппаратуры, в №сло которых входят:

- измерение напряженности электрического поля,

- измерение разностй потенциалов "корпус - шина питания",

- измерение плотности поверхностного тока,

- измерение интенсивности электромагнитных помех,

- хранение инфоршцт,

- передачу На каналам телеметрии накопленной информации,

- изменение режимов работы по командам управления.

Подробно описано устройство и взаимодействие составных

частей комплектов, а Taftxte программное обеспечение, которым снабжается каждый прибор1. ОВДельно выделено описание той части ПО, которая отвеча:ет за общую логику функционирования прибора и структуру передаваемой на Землю информации.

Комплекты аппаратуры на основе микропроцессора серии 580 использовались в аппаратуре АДЙПЭ-662 и АИСУ.

Особенностью базового комплекта на микропроцессоре серии 1821 является то, что он стал основой для построения аппаратуры МИПЭ ДИЭРА, разработанной в рамках программы "Патруль", для создания информационной системы мониторинга воздействия факторов космического пространства на КА м бортовук; дппар»-

Т\ 'т> > '

Для отработки элементов комплекта патрульной аппаратуры в реальном эксперименте, на основе базового комплекта был разработан вариант ДИЭРА-2.

В параграфе 1.7 представлены дополнительные модули расширения, значительно увеличивающие потенциал разработчика прибора для натурного эксперимента. К настоящему времени в расширенный комплект аппаратуры входят:

- модуль радиокоманд, расширяющий возможности в управлении прибором;

- модуль телеметрии, позволяющий прибору работать с традиционным вариантом телеметрии и, кроме того, имеющий аналоговые выходы;

- модуль измерения U, I, R;

- модуль измерения вольтамперных характеристик (ВАХ) солнечных батарей (СБ);

- модуль согласования с приборами, имеющими выход в стандарте Европейского космического агентства-

Отдельно, в параграфе 1.8, описан интерфейс IRSC-OBDH, обеспечивающие электрическое согласование между бортовыми системами российских КА и аппаратурой, выполненной в стандарте OBDH, принятом в Европейском космическом агентстве.

Во второй главе описываются разработанные и адаптированные программные и аппаратные средства обеспечения проектирования и разработки научной микропроцессорной бортовой аппаратуры. Отмечено, что использование стандартных средств разработки в большинстве случаев оказывается неприемлемым ввиду отсутствия в них возможности учитывать особенности разрабатываемой аппаратуры. К этим особенностям можно отнести специфическую элементную базу, необходимость тщательного учета тепловых режимов элементов и всего прибора в целом, специальные требования для условий проверок и испытаний н т. д.

В параграфе 2.1 описаны программные и аппаратные средства схемотехнического проектирования и разработки документации для подготовки производства печатных плат, использованные при создании комплекса информационной подаержки подготовки натурных экспериментов. На этом примере также обосновываются

подходы к решению проблем переноса документации с одной вычислительной платформы на другую.

Параграф 2.2 посвящен разработанному программируемому аппаратному отладчику микропроцессорных систем. Он выполняет функцию связующего звена между базовой платформой и тестируемой ЭВМ. "Интеллект" системы отладки практически полностью сосредоточен в программном обеспечении.

Отладчик позволяет осуществить следующие функции контроля и управления:

- полное управление микропроцессорной шиной,

- непосредственный доступ к регистрам и слову состояния тестируемого микропроцессора,

- прямой доступ к памяти и внешним устройствам,

- полное управление процедурами прерывания,

- загрузку и перезагрузку исполняемых программ,

- пошаговый режим выполнения команд процессором с одновременным реассемблированием исполняемой команды,

- "прокрутку" программ в режиме реального времени с остановом либо в выбранных контрольных точках, ппбо при обращении микропроцессора к выделенным адресам,

- индикацию текущего состояния шины микроЭВМ, регистров микропроцессора и выбранных ячеек памяти,

- проверку памяти и других блоков тестируемого микропроцессорного комплекса.

В параграфе 2.3 описаны созданные для использования в разработках кросс средства (ассемблеры, деассепблеры) и различные программные и аппаратные эмуляторы (эмулятор терминала, эмуляторы ПЗУ и т.п.). Представлены варианты, реализованные на двух платформах: "Элеетрон.'жа-бО" и IBM PC.

В параграфе 2.4 изложены сведения о порядке проведения проверок и испытаний в процессе подготовки аппаратуры к эксплуатации. Дано описание разработанной для этого аппаратуры и программной поддержки этих процедур.

К ним, кроме аппаратного отладчика и программных кросс-средсто, относится контрольно-проверочная аппаратура (КПА) для проведения автономных испытаний прибора перед установкой на КА и, в случае необходимости, подключения уже смонтированного прибора к средствам более детально!! диагностики.

Можно провести условное разделение видов проверок и испытаний, проводимых с аппаратурой как с целым, уже готовым к эксплуатации прибором:

- проверки в лаборатории, перед отправкой оборудования заказчику. В этом случае разработчику доступен весь арсенал кросс-средств, эмуляторов и отладчиков;

• автономные испытания аппаратуры у заказчика перед установкой на космический аппарат. Для этих целей разрабатывается КПА, которая обеспечивает полную комплексную проверку основных функций научной аппаратуры; - испытания в составе КА, в условиях, когда аппаратура подстыкована к штатным системам. В этом случае доступна в Л основном только телеметрическая информация.

Для всех этих проверок разработана контрольно-измерительная аппаратура и программное обеспечение, в том числе входящее в целевое ПО прибора. Выбор средств осуществляется в соответствии с целями проверок и испытаний.

Третья глава посвящена описанию решений задач наземной обработки информации натурного эксперимента, средств ее доставки, хранения и обмена.

В параграфе 3.1 описаны особенности использования телеметрической системы космического аппарата и способы доставки информации конечному пользователю. Здесь же описана информационная сеть, созданная в рамках программы "Патруль", ее структура, программные средства выделения информации и показаны значительные ее преимущества по сравнению с традиционными способами коммуникации.

— -■ Обычная т*л*ф»нн«я линия ашштвшт Выдетниая линия

Рис. 2. Общая схема информационной сети.

В развертываемой информационной сети ключевыми являются рабочие станции размещаемые на наземных измерительных пунк-

тах (НИПах). Эти станции (см. Рис. 2) через специальные интерфейсы подключаются к штатной системе приема информации с космического аппарата, выделяют, компонуют и рассылают информацию потребителям.

Начало сети составляют интерфейс к системе записи информации, обеспечивающий её соединение с ЭВМ и набор программ, записывающий принимаемую информацию на диск и производящий рассылку потребителям. Далее движение информации происходит по типовым открытым линиям связи, типа E-mail, где узловыми потребителями являются НИИЯФ МГУ и НГУ. По этой схеме уже больше года эксплуатируются КА типа "Горизонт" и "Глонас".

С вводом сети в эксплуатацию значительно сократилось время на доставку информацию потребителям. Кроме того, значительно возросло качество информации, так как уменьшились потери данных и сократилась цепочка преобразований от их получения до использования. Возросшее качество информации сократило практически до нуля ручную обработку и уменьшило время первичной обработки перед занесением информации в базу данных.

Для рабочих станций на НИПах было разработано ПО, выделяющее информацию измерительных приборов из общего потока телеметрии. Остальная часть программного обеспечения по обработке данных рассмотрена в следующем параграфе 3.2, посвященном рассмотрению вопросов, касающихся первичной обработки, т. е. процедур преобразования информации на этапах от получения ее с наземного измерительного пункта до приведения к виду, удобному для занесения в базу данных.

По существу, это самый ответственный этап обработки, поскольку именно здесь осуществляется верификация полу ¿иных данных, оценка работоспособности прибора, преобразование данных с учетом аппаратных и программных особенностей научной аппаратуры,учет калибровок и пр.

В параграфе 3.3 дано описание разработанного на основе FoxPro пакета программ для импорта информации в базу данных, ее хранения, экспорта и подготовки данных для программ визуализации. Подробно описаны требования к оборудованию и программному окружению, организация данных, общая структура пакета программ (Рис. 3) и интерфейс пользователя.

Пакет может работать на персональном компьютере типа IBM PC/AT в среде Windows и фактически представляет собой исполняемое приложение широко известной СУБД FoxPro. Это обеспечивает гибкое управление загрузкой прикладных программ (Редактор, Конвертер, GRAFER), диспетчеризацию памяти встроенными средствами, реализацию многооконного интерфейса пользователя (Меню, Диалоговые окна, управление при помощи мапи-

И

пулятора "мышь" и т.п.)- С другой стороны, обеспечивается унифицированный доступ к данным и любая манипуляция с файлами на уровне возможностей системы FoxPro.

Первичная обработка

Янзприлрограммнмй

9вм*и Д1НСМММ

Исполнительное) ядро базы данных

Импорт данных

й

Чат.

GRAFER

Файлы информации

Файл конфигурации

Файл каталога

Экспорт

данных SS23SS;

Файлы обмена информацией

Подготовке данных для визулизации

SEE

Экранные формы и твердые копии

Файлы графических

шаблонов

Рис, 3. Общая структура пакета программ поддержки базы данных и взаимодействие между его компонентами.

Все прикладные программы написаны на языке высокого уровня и вызываются из пакета автоматически.

Ввод новых данных осуществляется через специальные прикладные задачи импорта данных. Задачи импорта вызываются из пакета через специализированные диалоги с пользователем, в процессе которых уточняются передаваемые параметры. При успешном завершении процедуры импорта модифицируется файл каталога, при ошибке пользователь получает уведомление. В обоих случаях управление передается в вызывающий пакет.

Также с помощью диалога задаются параметры вызова программы отображения научной графики. Для ускорения просмотра и анализа текущей информации имеется набор стандартных шаблонов отображения.

Для облегчения процедур обмена данными предусмотрена возможность экспорта данных в нескольких вариантах текстового представления.

В четвертой главе содержится информация о проведенных и подготовленных натурных космических экспериментах, дан обзор результатов и выводов.

Параграф 4.1 посвящен описанию экспериментов с двумя комплектами аппаратуры АДИПЭ-662. Приведен перечень приборов, использованных в эксперименте и их технические параметры, показаны места расположения датчикоз и аппаратуры на КА.

Целыо натурного эксперимента, проведенного на геостационарном КА "Горизонт", являлось подтверждение эффективности использования генератора холодной ксеноновой плазмы для защиты от воздействия факторов электризации. Одновременно с этим ставились задачи проверки разработанных для этого эксперимента аппаратных средств.

Представлены некоторые, наиболее интересные результаты, среди которых можно отметить зарегистрированную магнито-сферную суббурю и показания датчиков в момент работы источника холодной ксеноновой плазмы.

ДИЭРА-2 С002»012 30-С9-94 ДП 11:54:20 ггок •) Линеа™» и«ала

-50 00 -1

I I I 1 I-1-1-1--1

18 оо оооо оа оо 1200 иоой оооо овса 12 оо 1300

\ эо-оа-м

Момент коммутации.

Рис. 4. Показания датчика разности потенциалов (верхний график) и датчиков электрического поля в эксперименте по коммутации элементов КА.

В параграфе 4.2 описан эксперимент по коммутации гальванически развязанных элементов космического аппарата, проведенный с помощью аппаратуры ДИЭРА-2 на двух КА "Глонас". Для

снижения разности потенциалов между системой электропитания КА и корпусом аппарата эти элементы соединялись ЯС-фильтром.

Дано описание полного состава аппаратуры и набора измеряемых параметров. В приводимых графиках, отражены основные результату па мутации.

В обоих экспериментах уменьшилась разность потенциалов между вдиной питания и корпусом аппарата, что положительно сказывается на общей электризационной обстановке на КА.

Изменение разности потенциалов зафиксировано не только датчиком разности потенциалов, но и другими датчиками, в частности датчиком электрического поля ДЭП-1 (Рис. 4). До замыкания фильтра показания этого датчика были выше 0 оси, после ниже, что соответствует уменьшению потенциала положительно заряженных панелей СБ (относительно корпуса КА). Хотя и в меньшей степени, но аналогичная реакция и у датчика ДЭП-2.

В параграфе 4.3 изложены результаты начала эксплуатации в рамках программы "Патруль" первого прибора МИПЭ ДИЭРА, который является составной частью создаваемой системы моиито-' ринга воздействия факторов космического пространства на бор-товурэ аппаратуру.

Первый комплект аппаратуры ДИЭРА был установлен на геостационарном космическом аппарате "Экспресс", работа с которым началась в октябре 1994 г. Спецификой данного эксперимента было то, что прибор использовался для дежурного контроля условий функционирования КА и получаемые данные использовались при анализе технического состояния во время опробования его систем. Этот процесс продолжался более двух месяцев, после чего КА начал выполнение своих штатных функций. Регулярно проводимые сеансы съема телеметрии позволили накопить почти непрерывную и частично перекрывающуюся информацию.

Другой характерной особенностью этого цикла измерений была оперативная работа по оценке складывающейся на космическом аппарате ситуации. Действующая к этому времени система передачи и обработки информации позволила быстро, буквально за несколько часов, обрабатывать полученные с аппаратуры данные. Результаты анализа сразу же передавались в эксплуатирующую организацию и использовались специалистами по управлению КА при принятии решений в некоторых критических ситуациях.

Для изменения точки стояния КА включались плазменные двигатели коррекции. Измерения, проведенные в это время, отмечают влияние работы двигателей на показания датчиков поля и разности потенциалов, аналогичное эксперименту АДИПЭ-662.

В параграфе 4.4 описан эксперимент CEDRE по изучению загрязнения терморегулирующих покрытий в условиях космического пространства и приведены способы решения задач аппаратного и программного согласования прибора, изготовленного Европейским космическим агентством, с системами российского космйче-ског аппарата. Для сравнения приводятся результаты измерений в начале эксплуатации и через год работы приборов.

Там же дано описание подготовленного к проведению эксперимента GORID по измерению параметров микрометеоритов.

В заключении приводятся основные результаты работы которые заключаются в следующем:

1. Разработаны и эксплуатировались несколько типов базовой микропроцессорной бортовой аппаратуры.

а) - базовый комплект на основе микропроцессора серии 580;

б) - базовый комплект на основе микропроцессора серии 1821;

в) - контрольно-измерительная аппаратура для проведения всех видов проверок и испытаний.

2. Разработано и прошло практическую проверку программное обеспечение для обоих базовых микропроцессорных комплектов бортовой аппаратуры. Это программное обеспечение является основой, на которой базируется целевое ПО, обеспечивающее задачи эксперимента, а также проведение проверок и испытаний.

3. Разработана патрульная аппаратура мониторинга факторов космического пространства и подготовлено программное обеспечение для наземной поддержки. На космическом аппарате "Экспресс" установлен и эксплуатируется первый комплект научной аппаратуры ДИЭРА. Идет подготовка к её эксплуатации еще на нескольких КА.

4. Подготовлено и проведено несколько натурных экспериментов на высокоорбитальных космических аппаратах.

а) - два комплекта аппаратуры АДИПЭ-662 отработали в эксперименте по нейтрализации заряда КА "Горизонт".

б) - с двумя комплектами ДИЭРА-2 проведены эксперименты по коммутации шины питания на КА "Глонас".

5. Подготовлены и проводятся совместные с Европейским космическим агентством эксперименты.

а) - второй год продолжается эксперимент CEDRE - исследование деградации терморегулирующих покрытий.

б) - в стадии предстартовых испытаний находится аппаратура GORID - измерение параметров микрометеоритов.

6. Создан комплекс программных и аппаратных средств единого цикла подготовки и проведения космического эксперимента.

В этот комплекс входят:

а) средства разработки аппаратуры (САПРы, программные и аппаратные эмуляторы, программаторы и пр.);

б) программы по приему, выделению и первичной обработке поступающей информации;

в) программы импорта, поддержки базы данных, программы визуализации а экспорта данных.

7. Предложен метод измерения интегральной величины импульсного заряда, с помощью численного моделирования, лабораторных и натурных проверок способа температурной стабилизации измерителя подтверждена его эффективность,

СПИСОК РАБОТ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Прокопьев Ю.М., Гусельников В. И., Игнатенко А. Г., Ко-чеев А. А. и др., Аппаратные и программные методы повыщения надежности аппаратуры натурного эксперимента. Сборник статей по исследованию электризации, Вып, 2, т. 2,1984 г.

2. Прокопьев Ю.М., Гусельников В. И., Кочеев А. А., Самой-лик А. В., Спектрометр заряда на основе ДНЗ. Сборник статей по исследованию электризации, Вып. 2, т. 2,1984 г.

.3. Прокопьев Ю.М., Гусельников В.И., Измеритель электростатического заряда. А. С. №1019369, Б. И. №19, 1983 г.

4. Прокопьев Ю.М., Микропроцессорный комплекс для. геофизических исследований. Сб. Применение ЭВМ в исследованиях физических процессов в атмосфере и ионосфере. ИГиГ, 1-987 г.

5. Разработка ме-эдов и устройств для исследования электризации и проведение экспериментальных исследований электризации объектов. Заключительный отчет по теме К-4-77 НИР 3057801 "Электризация", Новосибирск, гос. per. № Х60910, 1981 г.

6. Исследование электризации объектов в натурных условиях. Заключительный отчет по теме К-20-82, Новосибирск, гос. per. № Х61886, 1983 г-

7. Исследование и моделирование электризации в натурных условиях. Промежуточный отчет по теме К-26-84, Новосибирск, гос. per. №Х61886, 1984 г.

8. Прокопьев Ю.М., Бабкин Г-В. и др. The Electrostatic Field Dynamics at the Surface of a High-Elliptic Spacecraft. Труды международной конференции "Взаимодействие ИСЗ с космической средой", 1992г.

9. Прокопьев Ю.М., Бургасов М.П., Гусельников В.И. и др. The Efficient Neutralization of the Spacecraft Surfaces in Natural and Laboratory Experiments. Труды международной конференции "Взаимодействие ИСЗ с космической средой", 1992 г.