автореферат диссертации по авиационной и ракетно-космической технике, 05.07.09, диссертация на тему:Разработка концепции, обобщение опыта создания и практики управления космическими аппаратами связи нового поколения

На правах рукописи

СЕВАСТЬЯНОВ НИКОЛАЙ НИКОЛАЕВИЧ

РАЗРАБОТКА КОНЦЕПЦИИ, ОБОБЩЕНИЕ ОПЫТА СОЗДАНИЯ И ПРАКТИКИ УПРАВЛЕНИЯ КОСМИЧЕСКИМИ АППАРАТАМИ СВЯЗИ НОВОГО ПОКОЛЕНИЯ (НА ПРИМЕРЕ СПУТНИКОВОЙ СИСТЕМЫ СВЯЗИ «ЯМАЛ»)

Специальности- 05.07.09 - динамика, баллистика,

управление движением летательных аппаратов

05 07 02 -проектирование, конструкция и производство летательных аппаратов

автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва - 2007

003059491

Работа выполнена в ОАО «Газком» и ОАО «Ракетно-космическая корпорация «Энергия» им С П Королева»

Официальные оппоненты.

1. Трифонов Юрий Валерьевич - д.т.н , профессор, зам. Главного конструктора ФГУП НПП ВНИИЭМ,

2 Невольно Михаил Павлович - д т н , профессор, ведущий научный сотрудник НИИ-4 МО

Ведущая организация* ФГУП ГНПРКЦ «ЦСКБ - Прогресс», г. Самара.

Защита состоится 31 мая 2007 года в 16 час. 00 мин На заседании диссертационного совета ДС 212 008 01 при Московском государственном техническом университете им Н Э Баумана по адресу 105005, Москва, 2-я Бауманская, ул ,д 5.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МГТУ им Н Э Баумана

Автореферат разослан 27 апреля 2007 года

Ученый секретарь диссертационного совета ДС 212 008 01 Доктор технических наук, профессор

Калугин В.Т

Общая характеристика работы

Актуальность темы Изменение государственного строя России, произошедшее вслед за распадом СССР, определение рыночных отношений как основы экономики, существенным образом отразились на смене приоритетов государственных структур, обеспечивающих нормальное функционирование хозяйственных механизмов страны В этих условиях особое значение приобретали средства телекоммуникаций, обеспечивающих связь как между государственными структурами, необходимую для функционирования субъектов федерации, так и для работы хозяйственных механизмов страны Существовавшие в СССР средства телекоммуникаций были далеки от совершенства, а события, произошедшие в связи с изменением государственного строя, значительно усугубили положение в этой отрасли Ранее введенные в эксплуатацию системы, в том числе и спутниковые системы связи морально и технически устаревали, происходил их естественный износ, а новые системы в 90-х не разрабатывались и не вводились

Выход из складывавшейся ситуации, приобретавшей общенациональный характер, требовал принятия неотлагательных мер, задержка в ее реализации грозило потерей Россией ее информационного пространства Положение осложнялось тем обстоятельством, что государство резко сокращало финансирование космической отрасли и уже не предполагало вкладывать большие ресурсы в новые разработки, а для привлечения инвестиций не было оснований, т к спутники, которые могли изготавливать российские предприятия, не выдерживали конкуренции с зарубежными Проблема разработки и создания современной по техническому уровню спутниковой системы связи в 90-х приобрела особую актуальность

Реализация указанной глобальной проблемы потребовала решения комплекса взаимосвязанных научно-технических задач, осуществляемых в плане преодоления отсталых технических решений по созданию отечественных спутников связи (СС), оставшихся в наследство от советского периода монопольной схемы развития этого направления

Содержание этих научно-технических задач, которые удалось решить в схеме поэтапного развития системы спутниковой связи на основе широкого использования современных технических решений и, в том числе, применения цифровых технологий, включало

- разработку и введение в эксплуатацию спутника связи нового поколения, соответствующего по своим пользовательским качествам современным требованиям,

- разработку концепции управления спутником при наличии ряда современных достаточно высоких требований к параметрам управления в структуре, соответствующей непрерывному функционированию этих систем для решения основной задачи - предоставления услуг связи,- на основе единого комплекса, интегрирующего как бортовые, так и наземные средства управления

Существующий научный задел по решению задач синтеза такого типа систем, их разработки и последующей эксплуатации хотя и имел отдельные прототипы отдельных подсистем как космического аппарата, так и наземного комплекса управления, тем не менее, не содержал предпосылок для системного проектирования обсуждаемой сложной технической системы, как единого целого в условиях достижения новых технических и пользовательских характеристик Таким образом, подход к практическому решению задачи создания КА связи нового поколения представляется не толко актуальным с точки зрения сохранения информационного пространства России, но и с научной точки зрения

Весь этот комплекс проблем был преодолен в программе создания спутниковой системы связи «Ямал»

Цель диссертационного исследования состоит в решении поставленной сложной научно-технической задачи получения в конечном итоге высокого (по современным меркам) качества спутниковой связи на основе концепции применения современных, в том числе цифровых, технологий, интеграции бортового и наземного контуров управления на основе применения цифровых технологий при разработке, отработке, испытаний и эксплуатации системы

Научная новизна работы и методы исследования Создание современного по своим техническим параметрам спутника связи и наземных компонент системы было получено как итог анализа и использования последних технических достижений как в отечественных, так и в зарубежных спутниках и системах связи Проектные разработки, системный анализ позволили сформулировать технический облик создаваемой системы в целом, этапность ее создания Детальное исследование осуществлялось при проектировании ключевых компонентов спутника связи системы ориентации и управления движением, построения интегрированного бортового комплекса управления и наземных средств поддержки разработки и функционирования СС Ряд новых решений, основанных на внедрении цифровых технологий, позволил получить в итоге решение поставленной задачи

Практическая ценность и внедрение Практический опыт разработки спутниковой телекоммуникационной системы и спутника нового поколения, выполненных для системы технологической связи ОАО «Газпром», позволил автору сформулировать концепцию создания промышленных объектов в космосе, базирующуюся на современных

цифровых технологиях и отвечающую задачам развития космической отрасли в современных условиях Как показал последующий опыт, именно спутниковые телекоммуникации оказались наиболее эффективным средством предоставления связных услуг как по качеству, так по скорости их внедрения Безусловно, основными факторами, оказавшими влияние на их развитие, является их способность быть конкурентными с другими видами связи В середине 90-х, когда стоял выбор какие средства связи следует выбрать предприятиям газовой отрасли для обеспечения работоспособности своей промышленной структуры, это положение не было столь очевидным

Апробация результатов работы и новых технических проектных и научных подходов автора была осуществлена на ряде научных конференций и международных симпозиумах по интегрированным навигационным системам (указаны в списке трудов)

Публикации Основные результаты диссертационного исследования опубликованы в работах [1-15], две из которых - в изданиях перечня ВАК РФ

Структура И объем работы Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения и приложений Работа изложена на 160 страницах, 53 рисунках, 27 таблицах, списка литературы из наименований

Основные положения, выносимые на защиту

На защиту выносятся следующие положения

- разработка системного проекта и программы поэтапного развития спутниковой системы связи нового поколения,

- формирование концепции и программы создания наземного сегмента системы связи «Ямал-0», внедрение цифровых методов передачи информации,

- формирование проектных требований к компонентам спутника при разработке спутника связи нового поколения «Ямал-100»,

- разработка высокоточных методов и средств управления ориентацией и удержания спутника в точке стояния,

- разработка различного вида обеспечений, цифровых технологий и подходов к построению интегрированных бортовых и наземных систем управления,

Содержание работы

Во введении дается общая характеристика комплекса научно-технических задач, решаемых в диссертационном исследовании, приводятся соображения по актуальности и научной новизне, формулируется цель работы, описывается содержание глав диссертации и основных направлений проводимых научных исследований

Первая глава посвящена анализу истории создания спутников связи в СССр и обсуждению предпосылок развития космических телекоммуникаций в России В СССР и затем в России в начале 90-х основным производителем спутников связи оставалось НПО Прикладной механики (г Красноярск) Этим предприятием были разработаны все существующие российские (советские) геостационарные спутники связи «Горизонт», «Радуга», «Экран», «Экспресс», «Галс» - основы российской государственной программы спутниковых телекоммуникаций

Все эти спутники были созданы в советский период и служили как для гражданских, так и военных целей, все компоненты спутника были российского производства и основывались на отечественной элементной базе Отсутствие конкуренции, а также общее отставание Советского Союза в электронике, привело к тому, что технические параметры отечественных спутников связи (количество и мощность транспондеров на одном спутнике, ресурс работы, точность ориентации и точность удержания спутника в точке стояния на геостационарной орбите и т п) к середине 90-х годов существенно уступали зарубежным

С другой стороны эффективность использования спутниковых систем связи, особенно для обширных и малозаселенных территорий, расположенных в экстремальных климатических условиях в свое время продемонстрировал целый ряд стран и регионов, в том числе Канада и Аляска, сходные с Россией по географическому положению и заселенности территории В работе показано, что в России может сложиться благоприятная ситуация для коммерческого развития телекоммуникаций, если только Россия сумеет преодолеть свое отставание в технической области спутниковых связных технологий и будет иметь современные спутники связи

Как следствие, была поставлена задача выхода на передовые рубежи в спутниковых телекоммуникационных системах В основе системного проекта и при разработке новых технологий закладывался принцип «спутниковая телекоммуникационная система должна производить услуги связи и вещания с высоким качеством при низкой себестоимости», чтобы они были доступны массовому потребителю Основным концептуальным императивом действий вновь созданной компании явилось следующее

- облик и структура телекоммуникационных средств должны исходить, прежде всего, из интересов удовлетворения запросов заказчика (предприятий газовой отрасли) на современную систему связи, реализуемую в кратчайшее время,

- выбор именно спутниковой системы связи, как наиболее эффективной с точки зрения сроков внедрения, так и возможностей последующего развития,

Основной сложностью обсуждаемой программы явился поиск путей и методов ее реализации Необходимо было выбрать стратегию развития, которая удовлетворяла бы основному требованию коммерческой окупаемости, и которая в конечном итоге могла бы привести к достижению поставленной цели Построению этой стратегии посвящена вторая глава

В системном проекте была заложена поэтапная схема создания ведомственной сети связи для Газпрома, начиная с создания наземной системы станций спутниковой связи, начинающих работать с имеющимися ресурсами существующих спутников связи «Горизонт», но с расчетом на последующее использование и развитие нового спутника с более высокими техническими возможностями Был проведен анализ требований к наземному и спутниковому сегментам системы связи с учетом рыночных требований

Учитывалось, что основными участниками рынка спутниковой связи являются

- потребители услуг спутниковой связи,

- телекоммуникационные компании,

- операторы спутников связи,

- производители спутников связи

В итоге была сформулирована следующая последовательность этапов создания системы спутниковой связи

- разработка концепции системы,

- создание пилотной сети связи «Ямал-0»,

- создание полномасштабной ведомственной системы спутниковой связи и телевидения ОАО «Газпром» (шифр «Ямал»), включая космический (создание нового спутника связи) и наземный сегменты,

- развитие системы «Ямал» в общероссийскую систему спутниковой связи и телевидения

В результате предварительно выполненных исследований были сформулированы основные проектные требования к компонентам разрабатываемой системы и, в первую очередь, к спутнику связи, те к служебной платформе и ее бортовым системам, а также к бортовому ретрансляционному комплексу Проектные требования предусматривали получение всех определяющих параметров спутника на уровне лучших зарубежных прототипов Для достижения коммерческих показателей и с учетом перспективы быстрого развития электроники размерность спутника связи (его масса) была выбрана на уровне 1300 кг, с тем, чтобы осуществлять вывод на орбиту двух спутников одним пуском ракеты - носителя «Протон» с разгонным блоком ДМ

В октябре 1993 года был принят проект создания сети спутниковой связи «Ямал-0» в интересах северных предприятий ОАО «Газпром» При

проектировании сети станку делали на ограниченные по нынешним временам возможности спутника «Горизонт». Из-за невысокой энергетики спутника приходилось использовать наземные станции (ЗС) с большим диаметром антенн, что и свою очередь вызвало серьезные трудности при развертывании сети в условиях Крайнего Севера. Первая ЗС спутниковой связи была установлена в Ямбурге, она обеспечила через арендованный канал действующего спутника связи «Горизонт» линию связи со станцией, установленной па здании ЛКК в 1'КК «Энергия»; где в итоге развития сети «Ямал-0» был создан телепорт телефонной связи с прямым выходом на московскую АТС. Далее развертывание наземных станций для обеспечения прямой телефонной связи было выполнено в Югорске, Надыме, Уренгое й целом ряде поселков г аз о добываю щей отрасли. Антенное оборудование земных станций производило в России нисколько предприятий; одним из лучших было производство в Красноярске.

Быстрая установка наземных станций и особенно в удаленных и с л абоо борудо ванных буровых площадках, позволила решить проблему связи между технологическими звеньями газовой отрасли по разведке, бурению, добыче и транспортировке газа. За три года была развернута сеть наземных станций «Ямал-0» (рисунок 1).

Рисунок 1- Сеть земных станций «Ямал-0».

В качестве первых станций спутниковой связи были использованы станции «Пихта» и «Енисей (производства предприятий «Искра» и КРТЗ). Однако, от них пришлось почти сразу отказаться, так как они были аналоговые, и качество телефонии не устраивало заказчиков. В связи с этим

возникла необходимость в разработке новых станций спутниковой связи «Ямал-ГК», где впервые в России применил цифровые модемы в каналообразующем оборудовании

Важным шагом по расширению объемов и видов предоставляемых услуг явилась модернизации ЗС на основе использования мультиплексорного оборудования импортного производства с более качественным алгоритмом оцифровки речевых сигналов и мультиплексированным каналом передачи данных По сути дела переход на цифровую связь выполнялся сразу же по опыту работы аналоговых систем телефонии Одновременно этот переход создал предпосылки для организации нового вида услуг - организации сети обмена данными

В это же самое время развитие элементной базы электронной, в основном микропроцессорной, техники позволило создавать аппаратуру цифровой обработки сигналов по приемлемым для потребителей спутниковых услуг ценам Это определило быстрое и интенсивное внедрение новых типов кодирования, существенно улучшающих качественные характеристики каналов связи (протокола Frame Relay (FR - не маршрутизированный протокол с постоянным виртуальным каналом PVC), кодирование по Reed Solomon), цифровых ТВ приемников Наметился повсеместный переход на цифровое ТВ/РВ вещание Тем самым развитие наземного сегмента и предоставляемых им услуг создали потребность для перехода к следующему этапу работ На повестку дня встал вопрос о создании современного спутника связи

В заключительной части второй главы рассмотрены проблемные вопросы, связанные с проектированием и разработкой спутника связи нового поколения «Ямал - 100» Разработка нового спутника требовала применения принципиально новых, неапробированных ранее в практике российской космической отрасли технических решений Необходимо было преодолеть отставание России от Запада в самой высокотехнологичной и наиболее коммерциализированной области космической деятельности

При разработке спутника «Ямал» необходимо было выполнить следующие два основных проектных требования

обеспечить новое качество для пользователей (телекоммуникационных и телевизионных компаний), т е получить качественные характеристики транспондеров в зоне обслуживания,

- снизить удельную себестоимость транспондера

Для удовлетворения первого требования необходимо было поставить (а затем найти решение) следующих задач

улучшить радиотехнические характеристики бортового ретрансляционного комплекса (БРК) по всей зоне обслуживания,

реализовать принципиально новые подходы при управлении движением спутника,

- обеспечить удержание спутника в орбитальной позиции с точностью не хуже 0,1 градуса,

- обеспечить наведение антенн БРК с точностью не хуже 0,2 градуса,

снизить суммарную массу спутника и повысить его энерговооруженность (на единицу массы),

- увеличить ресурс эксплуатации спутника на орбите до 10 лет и более,

- снизить себестоимость эксплуатации спутника

Анализ всех этих требований показал, что, по сути, все они достижимы на пути использования новых технологий, которые необходимо реализовать в следующих трех направлениях

- бортовой радиотехнический комплекс (ретранслятор, антенно-фидерные устройства),

- космический аппарат - спутниковая платформа,

- наземный комплекс управления

Для достижения требуемых показателей оказалось необходимым проектировать создание спутника по новым для российской промышленности технологиям легкие композиционные конструкции, отсутствие герметичного корпуса, пассивная система терморегулирования, высокоэффективные приемопередатчики ретранслятора Соответствующий перечень мер и технических решений были приняты для достижения 10 летнего срока активного существования спутника Система управления движением спутника создавалась как единая интегрированная система, решающая задачи ориентации спутника, его маневрирования, автономного автоматического управления всеми бортовыми системами КА на основе цифровой управляющей вычислительной системы Более того, разработанные для этого КА Центр управления полетом создавался как часть единой автоматизированной системы, решающей задачу автономного управления полетами (АСУГТ) в интересах целевой аппаратуры, т е БРК Такой единый подход был впервые реализован не только в схеме управления полетом КА, но и последовательно во всех стадиях создания и отработки программного обеспечения (как бортового, так и наземного)

Создание этого спутника потребовало новых разработок практически всего комплекса бортовых систем, бортовой вычислительной системы, оптических датчиков высокой точности, гироскопической инерциальной системы, системы управляющих маховиков, двигательной установки с электрореактивными тяговыми модулями, коммутационных элементов управления Все эти решения были по сути дела продиктованы ходом

развития как отечественных разработок, проводимых в ['КК «Энергия», гак и заггйдных спутников связи и достигнутых при этом новейших технологий.

В проектном плане спутник закладывался как геостационарный космический аппарат с длительным ресурсом работы на орбите. Масса спутника позволяет выводить на геостационарную орбиту два спутника одним носителем «Протон - ДМ» при запуске с космодрома Байконур,

Проектный облик космического аппарата и основных его характеристик представлены на рис, 2.

х

Блок определения координат центра Земли

Блок определении чЁ^Н^З*-

координвт Солнца ^^^it ?

Приемная антенна ретранслятора (С-диалазона)

Модуль ии^гА.дааорьйиы*

aKKVMVfiHTOOOB

Отсек служебных систем

Устройство поворотное . солнечных батарей

Приемная антенна служебного канала управлении

Блок определении координат з»«)дм

Датчик инфракрасной вертикали 256К

Передающая антенна служебного —- канала управлении

Передающая антенна ретранслятора

(С-диапазона)

Отсек полезной нагрузки

Газовый двигатель

Тяговые модули

Солнечная батарея

Рис. 2. - Космический аппарат «Ямал-100»

Последующие две главы посвящены разработке принципиально новых подходов и технических решений, разработанных и впервые примененных при создании бортовых систем спутника «Ямал-100» и относящихся к интегрированному бортовому и наземному контурам управления и высокоточной системе ориентации и удержания спутника связи в его точке стояния на геостационарной орбите.

В третьей главе рассматриваются вопросы ориентации и управления движением спутника связи. На основе достигнутых в РКК «Энергиям технических решений по построению цифровых систем управления движения и навигации, примененных на транспортпых кораблях «Союз-ТМА» и «Прогресс-М», а также орбитального комплекса «Мир», был сделан выбор в пользу применения концепции бесплатформенной инерциальной навигационной системы (ВИНС) как основы для построения системы

управления В пользу такого решения свидетельствовал опыт построения надежных резервированных систем управления, позволяющих достигать предельные параметры по точности управления при минимальных приборных и весовых затратах Тем не менее, учет специфических требований, предъявленных к аппаратуре этого спутника длительный ресурс работы, отсутствие герметичных отсеков, требование минимальных весовых затрат - привел к необходимости новой разработки всего комплекса приборов для системы управления датчиков БИНС (разработка НИИПМ, главный конструктор А П Мезенцев), оптических датчиков ориентации (солнечный и земной датчики разработки ФГУП «Оптэкс»,главный конструктор В И Карасев), исполнительных органов - инерционных маховиков для безрасходной прецизионной стабилизации КА (разработка НИИКП, главный конструктор В П Арефьев) и газовых микрореактивных двигателей В качестве реактивных двигателей для выполнения маневров удержания КА по долготе и наклонению предложено использовать электрореактивные двигатели Разработка тяговых модулей М-70 была выполнена ОКБ «Факел», (главный конструктор В М Мурашко) тяга одного двигателя на уровне 4-х грамм и удельный импульс - 1460 сек

В системе управления «Ямала-100» впервые были применены звездные датчики с широким полем зрения с использованием ПЗС матриц в качестве приемников излучения, разработка была выполнена ИКИ РАН, главный конструктор Г А Аванесов Эти датчики за счет математической обработки изображения, выполняемой в основном компьютере системы управления (распознавание созвездий), позволяют определять ориентацию КА практически при произвольном его положении с высокой точностью Прибор прошел наземную отработку и летную сертификацию в составе системы управления КА «Ямал» в 1999 году Удачный опыт применения такого типа датчика и достигнутое качество системы ориентации точность, возможность построения ориентации в любой момент времени, встроенная диагностика выполнения/отказа режима - определило его широкое использование этого прибора в других последующих отечественных космических программах как РКК «Энергии», так и других предприятий отрасли

Выбранный состав датчиков позволил синтезировать структуру бортовой системы управления, создаваемой на основе БИНС Система управления ориентацией содержит два контура управления кинематический и динамический В кинематическом контуре методами БИНС воспроизводятся модельные системы координат и, в том числе орбитальная системы координат ( оси которой q, -по вертикали, q2 - по направлению полета и q} - по бинормали к орбите)- основная система координат, в которой выполняется постоянная ориентация КА Рассматриваются две схемы корректирования модельного базиса БИНС основная с использованием звездного датчика и резервная с использованием датчика местной вертикали. Схема корректирования модельного базиса БИНС от звездного датчика выполняется через определение инерциального

геоцентрического экваториального базиса J непосредственно по информации звездного датчика и знания навигационного положения КА На рис 3 показаны основные системы координат и используемые кватернионы переходов между ними

Рис 3 - Кватернионы перехода

Звездные датчики прямо определяют кватернионы А, (для 1-го датчика), по известным установочным кватернионам П, , кватерниону В(1) -инерциального базиса БИНС вычисляются кватернионы М(1) и далее Ь*(0

Щ

М =Л(<)°В(0 = 4(0°П, оВ(() = + (1)

и, наконец, текущий кватернион отклонения связанного базиса от ОСК М(0 = В(0° М оЦО (2)

Корректирование инерциального базиса позволяет построить алгоритм определения систематических уходов БИНС

Схема корректирования угловой ориентации по сигналам датчика местной вертикали предполагает приведение по углу вращения относительно вертикальной оси либо методом гирокомпассирования, либо с использованием солнечного широкоугольного датчика Исходя из требуемых точностей ориентации, формируются проектные требования к точностным параметрам датчиков ориентации и датчиков измерения угловой скорости БИНС Методом Ляпунова показано, что достаточно широкий класс управления обеспечивает устойчивый процесс приведения £>' к в Действительно, движение модельного базиса (У относительно физического базиса I (базисов ОСК) описывается таким уравнением

2Л

= Д°(ше -й^) = Ло®0 (3)

где <уй , - угловые скорости вращения расчетного и реального базисов Для приведения к (2 следует ¿>е принять равным

¿5 =¿5° (4)

е в о к '

скорости - модели движения опорного базиса ¿5° и скорости коррекции Ое

Величину коррекции (угловой скорости приведения) следует задать в функции угла рассогласования

¿=4,'х<7,, (5)

где д' и с/, - орты вертикали расчетной и реальной ОСК

Тогда Ое =70)

Выберем функцию Ляпунова в виде и = 1 - (<?, д'),

где рассматривается как мера близости векторов вертикали

физического д, и модельного д' базисов Производная этой функции в силу уравнений движения

и при / (<?) 3 < 0 - является отрицательно определенной функцией везде, кроме положения совпадения базисов В частности для малых углов получаем известные уравнения процесса гирокомпассирования

= -2ЛГ0Г2

= -Ъкгйгг

где к • коэффициент линейной коррекции по наблюдаемым углам,

Ъ — коэффициент перекрестной коррекции

Рассматриваются задачи начального участка полета — гашения угловой скорости и построения солнечной одноосной ориентации после отделения КА от разгонного блока Этим исследованием завершается проектирование кинематического контура ориентации

Для определения параметров динамического контура управления, решающего две задачи стабилизации КА относительно выбранной модельной системы координат (управление вращательным движением вокруг

центра масс) и маневров коррекции (изменения скорости движения центра масс) — проведен анализ структурной схемы контуров управления стабилизации и выполнения маневров

Решение задачи стабилизации опирается на текущую информацию, получаемую инерциапьными средствами БИНС с любой требуемой частотой Выбор параметров контура стабилизации во многом определяется внешними возмущающими моментами, действующими на КА Проведенный расчетный анализ показал, что основными внешними моментами, существенно влияющими на процессы поддержания и стабилизации, являются моменты от сил светового давления, от гравитационных сил, от взаимодействия магнитных полей КА с магнитным полем Земли

В стационарном режиме ориентации оси КА практически совпадают с осями ОСК Составляющие сил светового давления будут гармоническими функциями с основным периодом равным 24 часам

м,2=к(Р1е,>-Р&у)> м,з=к(Р&2~Р2е,у) (8)

где К=4,56 10-6 н/кв м - сила светового давления на среднем расстоянии Земли от Солнца

р, - постоянные коэффициенты,

е„ - компоненты орта направления на Солнце в

связанных осях Как показывают оценки, наибольшую величину имеет момент относительно оси ОХз (те с/}) КА — основная гармоника имеет орбитальный период с амплитудой ~ 3-5 10"5 Нм Этот момент в основном создается за счет несимметрии антенных конструкций Несимметрия расположения солнечных батарей создает смещение центра давления относительно центра масс до 20 см, также создает момент относительно оси ОХ3, который накапливается Моменты относительно оси ОХ] (те д,) КА существенно меньше и составляют до ~10"5 Нм, аналогично момент относительно оси ОХз (те д2) того же порядка

Моменты от гравитационных сил появляются из-за несовпадения главных центральных осей инерции с осями физической орбитальной системы координат те несовпадение главных центральных осей инерции с связанными осями Е и несовпадение Е с Q Для малых углов отклонения оси д., в базисе Е

Уг*><*, (9)

имеем

Л/, = Зо°2(У3 -Jг)ap, М1=Зо)'2(^-^)Р, М3=Зо/2(-/2-Л)а 0°)

Оценки величины этого момента по осям д2 и ¡?3 для выбранной геометрии и размерности КА дают величины -1-2 10'6 Нм Заметим, что момент по оси М.2 изменяется в пространстве по гармоническому закону, тогда как М3-накапливается

Момент от взаимодействия магнитного поля Земли с магнитными полями КА определяется в основном магнитным моментом солнечных батарей

Именно электрический контур силовых цепей токопроводов создают основной магнитный момент КА В проектном плане в связи с этим существует требование минимизации этой величины, что достигается конструктивными решениями при разработке и прокладке электрических схем солнечных батарей Для КА «Ямал-100» величина этого момента составляла 6 10"5 Нм, после более внимательного учета конструктивных требований на КА «Ямал-200» эту величину удалось привести к значению, не превышающему 2 10'6Нм

Малые величины внешних моментов и построение управления на основе инерциальной информации БИНС, позволили осуществить выбор схемы создания управляющих моментов с помощью инерционных исполнительных органов (инерционных маховиков), осуществляющих регулирование кинетического момента вблизи среднего нулевого значения (схема нулевого кинетического момента) Это позволило ограничить величину запасаемого момента и в итоге получить экономию массы исполнительных органов

Для определения функции управления и исследования устойчивости управления был применен метод Ляпунова Уравнения движения аппарата т е уравнения изменения кинетического момента

KJ=H^+JJ<oJ, } = 1,2.з (11)

Jl(oi +о)га>} (-/3 -У2) = -#, + согН2-т2Ну+ Мы 32со2 + й>,®3(У, -) = ~Н2 + <в,Я3 -а>}Н, + М2В (12)

Jycoз + а>,£02 (У2 - У,) = -#3 +т2Н,- ®,//2 + Мгв где Н1 - кинетический момент ^го маховика, установленного по осям,

^ - главные центральные моменты инерции КА,

М,в - возмущающие моменты внешних сил

Для функции Ляпунова в виде кинетической энергии вращательного движения

T='t{Jtf+J1юl+Jгcol) (13)

Ее производная в силу уравнений движения равна

— = -Я,©, - #2й>2 - Н}а>} + М^щ + М2Ва>2 + Мъвсоъ (14)

Выберем управление в функции от со1 - , где есть некоторая задаваемое (программное) вращение, содержащее кинематический параметр углового отклонения и переносную угловую скорость (например, скорость орбитального вращения при стационарной ориентации)

HJ = ФJcoJ-nl (15)

Анализ показывает следующее

- при = 0 имеем для управления вида

Ф7(дг) х>0, Ф (0) = 0 (16)

производную от функции Ляпунова отрицательно определенной везде и обращающуюся в нуль в положении ориентации,

- при П1 * 0 и для >| также имеем соотношения

(ш,-П,)Ф,(й;,-П,)>0 (17)

указывающие на регулирования, приводящее уменьшение величины а> до значения ,

- при управление выполняется не только гашением угловой скорости вращения КА, но и ее увеличением до величины задаваемой скорости С11 Достаточно широкий класс функций управления типа ФДдг) х>0, Ф (0) = 0 позволяет выбрать управление эффективным с практической точки зрения с учетом ряда технических требований и ограничений

Проектные требования к управляющим инерционным маховикам для выполнения безрасходной ориентации и стабилизации были определены исходя из гарантированной достаточности величины запасаемого системой маховиков кинетического момента величине накапливаемого интеграла от всех внешних возмущающих моментов за период одного обращения КА по орбите (земные сутки) Гармонические составляющие моментов внешних сил при этом парируются, а накапливающаяся их компонента приводит к необходимости «разгрузки», которая может быть выполнена только за счет управляющего момента реактивных двигателей В системе управления «Ямала-100» реализована схема разгрузки маховиков при выполнении маневров коррекции долготы или наклонения Электрореактивные двигатели (8 шт) установлены в плоскости местного горизонта примерно по диагоналям квадрата с малыми эксцентриситетами различных знаков, так что при заданной величине импульсы силы маневра, выбором двигателей и последовательности их включения можно получить суммарный момент импульса силы, уменьшающий величину накопленного кинетического момента

В четвертой главе рассматриваются вопросы интеграции бортового и наземного комплексов управления, впервые реализованные в виде единой разработки при создании системы управления спутником связи «Ямал» Основой для таких решений явилось широкое применение цифровых технологий в бортовых и наземных системах, обеспечивающих работу спутника связи и создающих требуемые условия для работы аппаратуры бортовых ретрансляционных устройств

Основная компонента автоматизированной системы управления полетом (АСУП) - бортовой цифровой вычислительный комплекс -уникальная разработка, выполненная по новым технологиям отказоустойчивых систем с длительным ресурсом работы в условиях открытого космоса Эта разработка (главный конструктор Ф С Власов, НИИ «Аргон» в кооперации с НТЦ «Модуль», Ю И Борисов и ТОО «Рубикон», А М Дьяченко) базировалась на длительных работах НИИ «Аргон» по созданию радиационно стойких специализированных высоконадежных управляющих вычислительных цифровых комплексов Летные испытания полностью подтвердили высокие качества разработки и созданной технологии Это позволило применить ее в последующих изделиях, создаваемых на базе служебной платформы («Ямал») и в БЦВС российского сегмента Международной космической станции (МКС)

Реализация принципа интегрированного бортового комплекса управления предполагает применение и использование современных подходов в задачах управления, в том числе

- построение системы ориентации, навигации и управления движением на основе цифровых идей корректируемых бесплатформенных систем с применением последних достижений в области инерциальной измерительной техники, современной аппаратуры ориентации и навигации и исполнительных органов В программе «Ямал» впервые были применены оптические датчики с широкими полями зрения и с цифровой обработкой информации,

- применение развитых алгоритмов управления для каждой бортовой системы, агрегата или прибора, при этом важным проектным требованием, предъявляемым к этим алгоритмам, явилось требование автоматической автономной диагностики Диагностика должна была определять нарушение нормального процесса функционирования и не допускать возникновения критических ситуаций с этим связанных, более того, по результатам автоматического контроля должна осуществляться реконфигурация системы с заменой отказавшего прибора (системы, режима) на резервный,

- расширение автономности управления по выполнению программы полета на длительные промежутки времени, достижение этих возможностей обеспечивается за счет упомянутого выше сохранения работоспособности при возможных нештатных ситуациях и за счет учета располагаемых ресурсов запасов электроэнергии, возможности прогноза выполнимости

режима при существующих ограничениях и т п, вплоть до автономного планирования программы полета,

- реализации единых подходов как в аппаратных, так и в программно-математических средствах поддержки разработки, отработки и испытаний на всех фазах жизненного цикла автоматизированной системы управления полетом, состоящей из бортового и наземного контуров управления,

компьютеризации (цифровизации) процедур взаимодействия наземного и бортового комплексов управления (в первую очередь ЦУП), внедрение автоматизации в процедуры управления НКУ, создание удобного информационного интерфейса и представления данных о работе бортовых систем с внедрением автоматического анализа Новое качество НКУ соответствует современным, в том числе экономическим требованиям

Применение современных цифровых технологий явилось предпосылкой достижения высокого промышленного качества как самих космических изделий, так и вырабатываемых ими пользовательских услуг Именно внедрение цифровых технологий в создание и эксплуатацию космических объектов позволило развить и обеспечить новые подходы как в производстве космического и наземного сегментов управления, так и в наземной пользовательской структуре телекоммуникаций Концепция создания промышленного объекта в космосе в части целевой нагрузки означает необходимость достижения высоких пользовательских качеств ретранслятора мощности передатчика, диаграмм направленности антенн, КПД передатчиков, частотный ресурс и т п Внедрение цифрового управления в распределение частот, порядок его использования, выделение зон покрытия и т д, позволяют создать технически совершенные и экономически приемлемые услуги для массового потребителя

Эта же концепция в части создания цифровой платформы означала, во-первых, получение возможности адаптировать служебные системы СС под конкретные задачи конкретно изготавливаемого СС путем минимальных трудозатрат и времени, последнее возможно, если все служебные системы созданы по цифровой технологии и адаптация сводится к выбору набора цифровых компонентов и модификации программного обеспечения Во-вторых, концепция цифровой платформы предполагает достижение высоких эксплуатационных параметров (веса, потребления, ресурса и т д) и возможности параллельного совершенствования цифровых компонент, остающихся совместимыми с остальным оборудованием КА

Наконец, цифровое построение наземных средств управления, создаваемых параллельно с цифровой платформой как совместимые части единой системы обеспечения и поддержки цикла отработки, испытаний и последующего длительного устойчивого функционирования СС в космосе, завершают эту концепцию В заключении этой главы обсуждается вопрос о преемственности и использовании технических решений цифровой платформы и для пилотируемых космических объектов

В пятой главе в концентрированном виде приводится перечень новых технических решений и технологий, использованных при создании БРК «Ямала-100», а также обобщается опыт и подводятся итоги летных испытаний КА и созданной системы управления На практике была показана возможность учета основополагающих критериев, на основе которых были сформулированы целевые проектные установки

В приложениях приведены данные по реализованным техническим решениям в системах и приборах спутника связи «Ямал-100» и его НКУ, в том числе приведены данные по структуре программно-математического обеспечения (ПМО) БКУ и ПМО НКУ (приложение А), а также описание инфраструктуры и информационного обеспечения системы «Ямал» (приложение В)

Заключение

Выполненная работа подводит итоги десятилетней деятельности автора в период 1992 - 2002 годов, результатом которой явилось создание спутниковой системы связи для РАО «Газпром» Эта разработка была инициирована вновь образованной организацией ОАО «Газком» при привлечении ряда смежных организаций (см ссылки в тексте) для создания отдельных фрагментов, оборудования и приборов спутника связи нового поколения «Ямал-100», запущенного на орбиту в сентябре 1999 года Разработка спутника была осуществлена по заказу ОАО «Газком» и выполнена РКК «Энергия»

Будучи генеральным директором ОАО «Газком» и одновременно в период разработки спутника в РКК «Энергия» - директором программы спутников связи и заместителем генерального конструктора корпорации,-автор осуществлял руководство и принимал непосредственное участие в разработке концепции, проведении научно-исследоваельских и опытно-конструкторских работ по созданию этого спутника

Работы автора по формированию программы создания и развития спутниковой системы связи внесли определяющий вклад в достижение основных результатов, нашедших отражение в данной диссертации, заключающихся в следующем

- проведен анализ перспективности космических телекоммуникаций для России, ее экономического развития, анализ состояния отрасли, сформулированы основные задачи, решение которых способствовало реализации современных технических решений для наземного и космического сегментов спутниковой системы связи,

- разработаны и определены пути и этапы развития спутниковых телекоммуникаций, удовлетворяющие условиям быстрой экономической окупаемости,

- реализована программа создания технологической связи для предприятий газовой отрасли «Ямал-0»,

- выполнена разработка, изготовление и ввод в эксплуатацию спутника связи нового поколения «Ямал-100»,

- осуществлена алгоритмизация и выполнен синтез высокоточной перспективной системы ориентации и управления движением, основанной на использовании новых технических решений, позволяющих достижение принципиально нового качества конечных характеристик,

- предложены основные направления решения задачи разработки интегрированного бортового контура управления на основе цифровых технологий и цифрового наземного контура управления для спутников связи «Ямал», как единого комплекса управления,

- рассмотрена концепция цифровизации компонент создаваемой космической системы как путь перехода к промышленному производству космических услуг

Основные публикации по теме диссертации

1 НН Севастьянов Система спутниковой связи «Ямал» Сборник «Новые высокие технологии для нефтегазовой промышленности и энергетики будущего» Т 1 4-6 июня 1996 г, г Тюмень

2 Н Н Севастьянов Система спутниковой связи и телевидения «Ямал» состояние и перспективы Сборник «Новые высокие технологии газовой, нефтяной промышленности, энергетики и связи» Т 10 Книга 3 19-22 сентября 2000 г, г Москва

3 Н Н Севастьянов, В Н Бранец Система управления спутника связи «Ямал-100» VII Санкт-Петербургская международная конференция по интегрированным навигационным системам 29-31 мая 2000 г, г Санкт-Петербург С 7-11

4 Н Н Севастьянов Система спутниковой связи и вещания ОАО «Газпром» состояние и перспективы Сборник докладов и тезисов Международной конференции «Внедрение современных телекоммуникационных технологий в ведомственных и корпоративных сетях связи» 6-7 декабря 2000г , г Москва

5 Н Н Севастьянов Система спутниковой связи и телевидения «Ямал» состояние и перспективы УДК 628 545 2 66 013 621 51 CITOGIC, 2002г

6 Н Н Севастьянов, В И Верхотуров Оценка экономической эффективности спутников связи III Международная конференция-выставка «Малые спутники Новые технологии, миниатюризация Области эффективного применения» 27-31 мая 2002г г Королев, ЦНИИМАШ

7 Н Н Севастьянов Вопросы интеграции полезной нагрузки на МКА III Международная конференция-выставка «Малые спутники Новые технологии, миниатюризация Области эффективного применения в XXI веке» 27-31 мая 2002т, г Королев, ЦНИИМАШ

8 Н Н Севастьянов Методы обеспечения стойкости отечественных телекоммуникационных космических аппаратов нового поколения в негерметичном исполнении (типа «Ямал») к факторам электризации V Межотраслевая научно-техническая конференция «Электризация космических аппаратов и совершенствование их антистатической защиты как средства увеличения надежности и сроков активного существования» 16-17 мая 2002г, г Королев, ЦНИИМАШ

9 Ю П Семенов Н Н Севастьянов, В Н Бранец Российский спутник связи нового поколения «Ямал» Ракетно-космическая техника Труды РКК «Энергия» Серия XII, выпуск №1, г Королев, 2002 г С 5-6

10 В Н Бранец, О С Котов, И В Орловский, В Н Платонов, Н Н Севастьянов, М Б Черток Бортовой комплекс управления спутника связи «Ямал» Ракетно-космическая техника Труды РКК «Энергия» Серия XII, выпуск №1, г Королев, 2002 г С 7-15

11 В П Агеев, С Я Милевский, В М Мурашко, Н Н Севастьянов, Ю П Семенов, Б.А Соколов, Ю.И Сухов, М Г Чинаев Длительная эксплуатация электрореактивных двигателей в составе геостационарного информационного космического аппарата «Ямал» Ракетно-космическая техника Труды РКК «Энергия» Серия XII, выпуск 1-2, г Королев, 2003 г С 7-10

12 Н Н Севастьянов Промышленное освоение космоса Новости космонавтики №7, 2004г

13 N Sevastyanov Satellites for Digital TV in Russia, Connect World, 2003

14 H H Севастьянов, В H Бранец, Ю Р Банит, М Ю Беляев, В В Сазонов Определение тензора инерции геостационарных спутников «Ямал» по телеметрической информации ИПМ им Келдыша РАН Препринт 2006г 26с

15 Н Н Севастьянов О концепции развития пилотируемой космонавтики России на ближайшие 25 лет Изв РАН Энергетика 2007 г, № 3 С 3-14

ВВЕДЕНИЕ.

Глава 1. ПРЕДПОСЫЛКИ СОЗДАНИЯ СИСТЕМ СПУТНИКОВОЙ СВЯЗИ.

1.1. История создания спутников связи в СССР.

1.2. Состояние системы спутниковой связи в середине 90-х.

1.3. Необходимость развития телекоммуникаций в России.

1.4. Программа «Ямал» ОАО «Газком» и развитие космических телекоммуникаций в России.

Глава 2. СИСТЕМНОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ СПУТНИКОВОЙ СИСТЕМЫ СВЯЗИ «ЯМАЛ».

2.1. Системный проект ССС «Ямал».

2.2. Основные этапы реализации программы ССС.

2.3. Программа «Ямал-0» и создание сети технологической связи ОАО «Газпром».

2.4. Программа «Ямал-100» и создание спутника связи.

2.5. Разработка БРК для спутника связи «Ямал».

2.6. Требования к служебной платформе и космическому аппарату.

2.7. Проектные требования к наземному комплексу управления.

Глава 3. УПРАВЛЕНИЕ ОРИЕНТАЦИЕЙ ДВИЖЕНИЕМ СПУТНИКА СВЯЗИ.

3.1 Эволюция систем управления космических аппаратов.

3.2. Анализ задач и выбор технических решений при определении ориентации и управления движением спутника связи.

3.3. Кинематический контур ориентации. Выбор схем корректирования.

3.4. Задачи ориентации начального участка полета.

3.5. Динамический контур управления.

3.6. Динамика маневрирования при удержании КА в точке стояния.

Глава 4. БОРТОВОЙ КОМПЛЕКС УПРАВЛЕНИЯ. ВНЕДРЕНИЕ ЦИФРОВЫХ ТЕХНОЛОГИЙ В УПРАВЛЕНИЕ КА.

4.1. Интеграция задач управления на основе БЦВС.

4.2. Расширение автономности управления БКУ.

4.3. Проектные требования к бортовому цифровому вычислительному комплексу БЦВС

4.4. Наземные средства сопровождения БЦВС и его программного обеспечения НКО-АИС-НКУ.

4.5. Цифровые технологии и создание промышленных объектов в космосе.

4.6. Цифровая концепция БРК.

4.7. Цифровая концепция служебной платформы.

Глава 5. РЕАЛИЗАЦИЯ ПРОЕКТНЫХ РЕШЕНИЙ. ИТОГИ РАЗРАБОТКИ.

5.1. Структура ССС «Ямал» и основные технические решения.

5.2. Опыт и уроки летных испытаний «Ямал-100».

5.3. Опыт реализации концепции цифровой платформы в программах «Ямал-100» и «Ямал-200».

5.4. Структура НКУ как компоненты наземных средств поддержки цифровой платформы и КА на всех этапах создания и эксплуатации.

5.5. «Ямал-100» и развитие спутниковых телекоммуникаций в России.

Актуальность темы. Изменение государственного строя России, произошедшее вслед за распадом СССР, определение рыночных отношений как основы экономики существенным образом отразились на смене приоритетов государственных систем, обеспечивающих нормальное функционирование хозяйственных механизмов страны. В этих условиях особое значение приобретали средства телекоммуникаций, обеспечивающие связь как между государственными структурами, необходимую для функционирования субъектов федерации, так и для работы хозяйственных механизмов страны. Существовавшие в СССР средства телекоммуникаций были далеки от совершенства, а события, произошедшие в связи с изменением государственного строя, значительно усугубили положение в этой отрасли. Ранее введенные в эксплуатацию системы связи морально и технически устаревали, происходил их естественный износ, а новые системы в 90-х не разрабатывались и не вводились.

Решение данной проблемы, приобретавшей общенациональный характер, требовало неотлагательных мер, задержки в ее реализации грозило потерей Россией ее информационного пространства. Положение осложнялось тем обстоятельством, что государство резко сокращало финансирование космической отрасли и уже не предполагало вкладывать большие ресурсы в новые разработки, а для привлечения инвестиций не было оснований, т.к. спутники, которые могли изготавливать российские предприятия не выдерживали конкуренции с зарубежными. Задача разработки и создания современной по техническому уровню спутниковой системы связи и ее основного элемента - космического аппарата связи нового поколения, не уступающего по своим техническим параметрам современным мировым аналогам - приобрела в 90-х особую актуальность.

Представляемая диссертационная работа посвящена разработке концепции, поиску и реализации путей и методов решения задачи создания спутника связи, его систем управления, обеспечивающих надежное функционирование этого аппарата в течении длительного ресурса времени. Особенностью этой работы является то, что она была выполнена в очень сложное и трудное время - с одной стороны экономического кризиса, с другой - время становления новых рыночных отношений в развитии экономики страны. Эти подходы стали формироваться при создании технологической сети ведомственной связи для промышленных предприятий Газпрома и затем при разработке спутника связи нового поколения «Ямал-100» в последнем десятилетии прошлого века в трудных экономических условиях после распада Советского Союза.

Видимо не случайно именно спутники связи стали тем местом космической деятельности, где впервые в отечественной практике реализовались эти подходы. Причин здесь видится две: первая - это жесткая конкуренция на открытом рынке предоставления услуг по космической связи. Отсталые технические решения спутников связи, оставшихся в наследство от советского периода монопольной схемы развития этого направления, чуть было не привели к потере для страны этой области космической промышленности вообще. Только создание «де-факто» спутника связи «Ямал-100», не уступающего по своим потребительским качествам западным спутникам, оставило возможность развития отечественного сектора этой космической промышленности. Вторая причина- это реализация разработки спутника и всей сопутствующей инфраструктуры на принципах коммерческого, а не государственного финансирования. Именно эта особенность характеризует появление промышленного подхода в рассматриваемой области деятельности, и именно таким образом была реализована разработка комплекса связи «Ямал», включая и сам спутник связи.

В диссертации представлены работы автора периода 1992-2002 годов, связанные с разработкой и созданием спутниковой системы связи для РАО «Газпром», выполненной вновь созданной организацией ОАО «Газком». В этом же цикле работ была выполнена разработка и изготовление спутника связи нового поколения «Ямал-100», запущенного на орбиту в сентябре 1999 года. На основе созданных заделов впоследствии был выполнен ряд работ и внедрение новых подходов в решении задачи информатизации страны. Разработка спутника была осуществлена по заказу ОАО «Газком» и выполнена РКК «Энергия» совместно с ОАО «Газком» в период 1995 - 1999 годов. Автор диссертационной работы был генеральным директором ОАО «Газком» и одновременно в период разработки спутника в РКК «Энергии» -директором программы спутниковых систем связи и заместителем генерального конструктора РКК «Энергия», н осуществлял руководство и принимал непосредственное участие в разработке и создании этого спутника. Практический опыт разработки спутниковой телекоммуникационной системы и спутника нового поколения позволил автору сделать попытку сформулировать концепцию создания промышленных объектов в космосе, базирующуюся на современных цифровых технологиях и отвечающую задачам развития космической отрасли в современных условиях.

Как показал последующий опыт, именно спутниковые телекоммуникации оказались наиболее эффективным средством предоставления связных услуг как по качеству предоставляемых услуг, так по скорости их внедрения. Безусловно, основными факторами, влияющими на их развитие является их способность быть конкурентными с другими видами связи. В середине 90-х, когда стоял выбор какие средства связи следует выбрать предприятиям газовой отрасли для обеспечения работоспособности своей промышленной структуры, это положение не было столь очевидным.

В диссертации приведены результаты работ по формированию программы развития спутниковой технологической системы связи для предприятий газовой отрасли и затем по использованию этой системы для задач информатизации страны. В ходе выполнения этой программы были реализованы разработки всех компонент спутника связи нового поколения и его систем управления как бортовых, так и наземных, обеспечивающих высокие характеристики по точности ориентации и по точности удержания спутника в его точке стояния на геостационарной орбите. При решении этой задачи необходимо было найти пути и методы поэтапного развития системы спутниковой связи, начиная с наземного сегмента при наличии ряда условий и ограничений:

- быстрой и эффективной практической реализации поставленных задач по предоставлению услуг связи, как главное условие коммерческой поддержки и обеспечения разработки;

- разработки и введения в эксплуатацию спутника связи нового поколения, соответствующего по своим пользовательским качествам современным спутникам связи;

- разработке цифровых систем управления спутником, как единого комплекса бортовых систем и наземного комплекса управления, т.е. реализация всего комплекса спутниковой связи как системы нового поколения.

Цель диссертационного исследования состоит в решении поставленной сложной научно-технической задачи получения в конечном итоге высокого (по современным меркам) качества спутниковой связи на основе концепции применения современных, в том числе цифровых, технологий, интеграции бортового и наземного контуров управления на основе применения цифровых технологий при разработке, отработке, испытаний и эксплуатации системы.

Научная новизна работы и методы исследования. Создание современного по своим техническим параметрам спутника связи и наземных компонент системы было получено как итог анализа и использования последних технических достижений как в отечественных, так и в зарубежных спутниках и системах связи. Проектные разработки, системный анализ позволили сформулировать технический облик создаваемой системы в целом, этапность ее создания. Детальное исследование осуществлялось при проектировании ключевых компонентов спутника связи: системы ориентации и управления движением, построения интегрированного бортового комплекса управления и наземных средств поддержки разработки и функционирования СС. Ряд новых решений, основанных на внедрении цифровых технологий, позволил получить в итоге решение поставленной задачи.

Практическая ценность и внедрение. Практический опыт разработки спутниковой телекоммуникационной системы и спутника нового поколения, выполненных для системы технологической связи ОАО «Газпром», позволил автору сформулировать концепцию создания промышленных объектов в космосе, базирующуюся на современных цифровых технологиях и отвечающую задачам развития космической отрасли в современных условиях. Как показал последующий опыт, именно спутниковые телекоммуникации оказались наиболее эффективным средством предоставления связных услуг как по качеству, так по скорости их внедрения. Безусловно, основными факторами, оказавшими влияние на их развитие, является их способность быть конкурентными с другими видами связи. В середине 90-х, когда стоял выбор какие средства связи следует выбрать предприятиям газовой отрасли для обеспечения работоспособности своей промышленной структуры, это положение не было столь очевидным.

Апробация результатов работы и новых технических проектных и научных подходов автора была осуществлена на ряде научных конференций и международных симпозиумах по интегрированным навигационным системам (указаны в списке трудов).

Публикации. Основные результаты диссертационного исследования опубликованы в работах [1-14], две из которых - в изданиях перечня ВАК РФ.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения и приложений. Работа изложена на 158 страницах, 57 рисунках, 25 таблицах, списка литературы из 24 наименований.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Выполненная работа подводит итоги десятилетней деятельности автора в период 1992 - 2002 годов, результатом которой явилось создание спутниковой системы связи для РАО «Газпром». Эта разработка была инициирована вновь образованной организацией ОАО «Газком» при привлечении ряда смежных организаций (см. ссылки в тексте) для создания отдельных фрагментов, оборудования и приборов спутника связи нового поколения «Ямал-100», запущенного на орбиту в сентябре 1999 года. Разработка спутника была осуществлена по заказу ОАО «Газком» и выполнена РКК «Энергия».

Работы автора по формированию программы создания и развития спутниковой системы связи внесли определяющий вклад в достижение основных результатов, нашедших отражение в данной диссертации, заключающихся в следующем:

- проведен анализ перспективности космических телекоммуникаций для России, ее экономического развития, анализ состояния отрасли; сформулированы основные задачи, решение которых способствовало реализации современных технических решений для наземного и космического сегментов спутниковой системы связи;

- разработаны и определены пути и этапы развития спутниковых телекоммуникаций, удовлетворяющие условиям быстрой экономической окупаемости;

- реализована программа создания технологической связи для предприятий газовой отрасли «Ямал-0»;

- выполнена разработка, изготовление и ввод в эксплуатацию спутника связи нового поколения «Ямал-100»;

- осуществлена алгоритмизация и выполнен синтез высокоточной перспективной системы ориентации и управления движением, основанной на использовании новых технических решений, позволяющих достижение принципиально нового качества конечных характеристик;

- предложены основные направления решения задачи разработки интегрированного бортового контура управления на основе цифровых технологий и цифрового наземного контура управления для спутников связи «Ямал», как единого комплекса управления;

- рассмотрена концепция цифровизации компонент создаваемой космической системы как путь перехода к промышленному производству космических услуг.

1. Н.Н.Севастьянов. Система спутниковой связи «Ямал». Сборник «Новые высокие технологии для нефтегазовой промышленности и энергетики будущего», том 1,4-6 июня 1996 г, Тюмень

2. Н.Н.Севастьянов. Система спутниковой связи и телевидения «Ямал»: состояние и перспективы. Сборник «Новые высокие технологии газовой, нефтяной промышленности, энергетики и связи». Том 10 книга 3 19-22 сентября 2000 г., Москва

3. Н.Н.Севастьянов, В.Н.Бранец. Система управления спутника связи «Ямал-100» VII Санкт-Петербургская международная конференция по интегрированным навигационным системам 29-31 мая 2000 г, Санкт-Петербург, с.7-11.

4. Н.Н.Севастьянов. Система спутниковой связи и телевидения «Ямал»: состояние и перспективы. УДК 628.545.2:66.013:621.51 CITOGIC, 2002г.

5. Н.Н.Севастьянов, В.И.Верхотуров Оценка экономической эффективности спутников связи. III Международная конференция-выставка «Малые спутники. Новые технологии, миниатюризация. Области эффективного применения. 27-31 мая 2002г. Королев, ЦНИИМАШ.

6. Н.Н.Севастьянов. Вопросы интеграции полезной нагрузки на МКА, III Международная конференция-выставка «Малые спутники. Новые технологии, минитюаризация. Области эффективного применения в XXI веке» 27-31 мая 2002г, г.Королев, ЦНИИМАШ

7. Ю.П.Семенов. Н.Н.Севастьянов, В.Н.Бранец. Российский спутник связи нового поколения «Ямал»; РКК«Энергия», Ракетно-космическая техника, Труды, серия XII, выпуск №1, г. Королев, 2002 г.,с.5-6

8. В.Н.Бранец, О.С.Котов, И.В.Орловский, В.Н.Платонов, Н.Н.Севастьянов, М.Б.Черток. Бортовой комплекс управления спутникасвязи «Ямал»; РКК«Энергия», Ракетно-космическая техника, Труды РКТ, серия XII, выпуск №1, г. Королев, 2002 г., с.7-15.

9. Н.Н.Севастьянов. Промышленное освоение космоса. Новости космонавтики. №7,2004г.

10. N.Sevastyanov. Satellites for Digital TV in Russia, Connect World, 2003.

11. Н.Н.Севастьянов, В.Н.Бранец, Ю.Р.Банит, М.Ю.Беляев, В.В.Сазонов. Определение тензора инерции геостационарных спутников «Ямал» по телеметрической информации; ИПМ им. Келдыша РАН, препринт, 2006г., 26 с.

12. Н.Н.Севастьянов, О концепции развития пилотируемой космонавтики России на ближайшие 25 лет. Изв. РАН. Энергетика, 2007 г. № 3,c.3-14.

13. Б.В.Раушенбах, М.Ю.Овчинников «Лекции по динамике космического полета» МФТИ, Москва, 1997 г., 188с.

14. В.Н.Бранец, И.П.Шмыглевский «Введение в теорию бесплатформенных инерциальных навигационных систем.» Изд. Наука, Москва. 1992 г. 280с.

15. Е.А.Барбашин, В.А.Табуева «Динамические системы с цилиндрическим фазовым пространством» Наука, Москва, 1969 г. 296 с.

16. Б.В.Раушенбах, Е.Н.Токарь «Управление ориентацией космических аппаратов». М. Наука, 1974г. 600 с.

17. В.Н.Бранец,И.П.Шмыглевский «Применение кватернионов в задачах ориентации твердого тела» Изд. Наука, Москва, 1973г. 320 с.

18. Чернявский Г.М., Бартенев В.А., Малышев В.А., Управление орбитой стационарного спутника, -М., Машиностроение, 1984, 144 стр.

19. Kamel A.A., Wagner С.А., On the orbital eccentricity control of synchronous satellites, Journal of astronautical sciences, vol. 30, No. 1, 1982, p. 61.

20. Славинскас Д.Д., Деббачи X., Бенден У.ДЖ., Джонсон Г.К., Эффективный метод коррекции наклонения орбиты геостационарного спутника, Аэрокосмическая техника, No. 6, 1989, с. 188.