Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Основы системного подхода к планированию полета орбитального комплекса 20
1.1. Предмет, продукт и средства планирования полета 20
1.2. Общая характеристика стадий планирования полета и отвечающих им интервалов планирования 22
1.3. Основополагающие принципы системного подхода к задаче планирования полета 25
1.4. Определение исходных данных и объемов информации, необходимых для разработки планов полета 32
1.5. Категории полетных операций 36
1.6. Приоритеты полетных операций 38
1.7. Совместимость полетных операций 49
1.8. Соотношение совместимости и приоритетов полетных операций 51
1.9. Критерии качества плана полета 53
1.10. Основные характеристики деятельности операторов планировщиков в человеко-машинном комплексе 54
1.11. Анализ целесообразной глубины моделирования для различных стадий планирования. Используемые математические модели 60
1.11.1. Математические модели расчета баллистической информации 61
1.11.2. Комплексная математическая модель системы энергоснабжения ОК 64
1.11.3. Модель расчета ресурса рабочего времени 69
2.3 Базовый алгоритм разработки детального плана полета (ДІДІ) 82
2.4. Оптимизация детального плана 86
2.5. Применение метода критического пути (МКП) для разработки ДПП 90
2.6. Метод оценки и прогноза планов (PERT) применительно к долгосрочному и краткосрочному планированию 96
2.7. Распределение ресурсов в сетевом планировании 97
2.8. Неопределенность в классических моделях планирования : 99
2.9. Применение теории нечетких множеств в PERT и МКП 99
2.10. Нечеткая сеть 103
2.11. Нечеткий метод PERT 106
2.12. Нечеткое размещение ресурсов при планировании 109
2.13. Методы планирования комплексов работ, основанные на принципах искусственного интеллекта 110
ГЛАВА 3. Шинципы планирования и методическое обеспечение взаимодействия международных партнеров при управлении полетом МКС 118
3.1. Разработка принципов планирования полета МКС международными партнерами 118
3.2. Методическое обеспечение разработки регламентирующих документов планирования 123
3.3. Особенности взаимодействия территориально удаленных центров управления полетами при планировании 126
ГЛАВА 4. Разработка и реализация концепции автоматизированной системы планирования полета pc МКС и обмена планами с международными партнерами ... 146
4.1. Предпосылки автоматизации планирования полета PC МКС 146
4.2. Концепция создания автоматизированной системы планирования полета и ее реализация в российской системе планирования ( РСП) 147
4.3. Порядок функционирования подсистемы долгосрочного и краткосрочного планирования полета в РСП 147
4.4. Порядок функционирования подсистемы детального планирования полета в РСП 149
4.5. Порядок функционирования интерфейса с американской системой планирования CPS 149
4.6. Разработка основных требований к комплексу программно- технических средств (ПТС) РСП 150
4.7. Анализ основных требований к комплексу ПТС РСП 151
4.8. Структурная схема РСП и состав программного обеспечения (ПО) 156
4.9. Структура базы данных (БД) РСП 157
4.10. Формализация полетной операции и полетной процедуры 159
4.11. Предпосылки применения стандартов БД при исполнительном планировании 160
4.12. Стандарты описания полетной операции 161
4.13. Стандарты описания действий 163
4.14. Стандарт описания класса полетных операций 164
4.15. Стандарт описания группы полетных операций 165
4.16. Стандарт описания вида полетных операций 165
4.17. Стандарт описания типа полетных операций 166
4.18. Стандарт описания места выполнения операции 166
4.19. Стандарт описания рабочего места 167
4.20. Стандарт описания организации-инициатора 168
4.21. Стандарт наименования циклограмм для НЛП 169
4.22. Стандарт наименования циклограмм для 01111 170
4.23. Стандарт наименования циклограмм для плана ДПП(8ТР) 170
4.24. Классификация полетных операций в БД РСП 171
4.25. Предпосылки создания экспертной системы (ЭС) для решения неформализованных задач исполнительного планирования в РСП 174
4.26. Особенности применения ЭС для решения неформализованных задач долгосрочного планирования в РСП 177
4.27. Особенности применения ЭС для решения неформализованных задач краткосрочного планирования в РСП 178
4.28. Особенности применения ЭС для решения неформализованных задач детального планирования в РСП 178
4.29. Особенности применения ЭС для решения неформализованных задач перепланирования в реальном времени в РСП 180
4.30. Разработка предложений по технической реализации ЭС планирования 181
Заключение и основные результаты работы 185
Список литературы
- Основополагающие принципы системного подхода к задаче планирования полета
- Методическое обеспечение разработки регламентирующих документов планирования
- Концепция создания автоматизированной системы планирования полета и ее реализация в российской системе планирования ( РСП)
- Структурная схема РСП и состав программного обеспечения (ПО)
Введение к работе
Обзор темы исследования. Полеты в космос открыли человечеству новые возможности в решении ряда научных, народнохозяйственных задач и задач повышения обороноспособности страны. Первые автоматические космические аппараты и пилотируемые корабли решали ограниченные задачи и имели сравнительно несложные программы полета, поэтому средства и методы управления ими были относительно простыми. По мере развития космической техники появились долговременные орбитальные пилотируемые станции, которые приобрели сложную многомодульную структуру. Их функционирование характеризуется большим количеством и разнообразием полетных операций, взаимодействием друг с другом. Программы научно-прикладных исследований (НПИ) стали комплексными, а реализация некоторых из них оказалась возможной только на международной основе. Поэтому, было необходимо дальнейшее совершенствование средств и методов управления полетом, и эта задача явилась первоочередной и одной из наиболее сложных задач подготовки и осуществления космических полетов.
Применяемый в настоящее время процесс управления полетом ОК состоит из следующих компонентов: планирование полета, моделирование различных этапов полета, реализация плана полета путем воздействия на орбитальный комплекс (ОК), обработка информации о состоянии ОК, контроль полета, принятие решений по дальнейшему управлению с учетом результатов контроля.
Эффективность управления полетом ОК в значительной степени зависит от того, насколько разработанный план полета близок к оптимальному варианту с точки зрения достижения целей полета и реализации программы НПИ, использования времени экипажа и других ресурсов, обеспечения надежности. Причем план полета должен составляться с тем расчетом, чтобы на любом его этапе при возникновении неблагоприятной ситуации была
10 обеспечена возможность продолжения полета для достижения поставленной на этом этапе цели.
В связи с этим разработке и практическому внедрению методов планирования полетных операций при оперативном управлении ОК уделяется большое внимание.
Разработка, развитие и успешное применение методов планирования полетов пилотируемых орбитальных кораблей и станций во многом обязаны трудам Елисеева А.С., Соловьева В.А., Любинского В.Е., Благова В.Д. и других специалистов. Эта разработка опиралась на общие методы теории1 управления и на теоретические работы по управлению космическими аппаратами, развитые Лобачевым В.И., Акимом Э.Л., Лысенко Л.Н., Бетановым В.В., Ивановым Н.М., Почукаевым В.Н., Ступаком Г.Г., Скребушевским Б.С. и другими учеными.
В основу настоящей диссертации положен опыт разработки и практического применения методов планирования полета орбитальных комплексов «Мир» и МКС, полученный в период 1986 - 2008 гг. при непосредственном участии автора предлагаемой работы.
Актуальность исследования. В процессе управления долговременными полетами ОК был выявлен ряд проблем планирования полетных операций, основными из которых являются:
сложность и постоянное видоизменение объекта управления;
возрастание сложности задач управления по причине увеличения количества различных требований и ограничений, которые необходимо учитывать иногда одновременно вследствие увеличения числа объектов управления, участвующих в полетных операциях, из-за влияния одних операций на другие и т.д.;
увеличение объема информации, поступающей с борта ОК, которая должна быть оперативно проанализирована в Центре управления для принятия решения;
высокая стоимость ресурсов, расходуемых в космическом полете;
территориальная удаленность групп планирования международных партнеров, что затрудняет разработку и согласование единого плана полета;
частая необходимость перепланирования и принятия решения о перепланировании при дефиците времени в случае возникновения* различного рода нештатных ситуаций (НшС).
Вышеперечисленные проблемы отрицательно влияют на оперативность и надежность управления. Необходимость их комплексного решения обусловила разработку новых методов и автоматизацию планирования полетных операций для ОК, управляемых из территориально удаленных центров с использованием наземных и спутниковых средств управления.
В теории и практике планирования полетов ОК широко используются два альтернативных принципа - «от частного к общему» и «от общего кчастному».
По принципу «от частного к общему» оказалось удобно планировать полеты небольшой продолжительности, например, полеты космических кораблей типа «Союз» и «Спейс Шаттл». Каждые сутки разрабатываемого плана детально «прорисовываются». На их основе составляется т.н. сводка операций, преобразуемая затем в номинальный или общий план полета.
Однако при планировании длительных полетов ОК этот метод не эффективен. Даже если заранее разработать все 180-200 детальных планов для полугодовой экспедиции, то их придется значительно уточнять или переделывать в ходе полета. Причина в том, что до начала реализации плана исходные данные планирования имеют вид вероятностного прогноза (например, даты ресурсных замен приборов и агрегатов, замен емкостей для воды, урины и т.д. рассчитываются по среднестатистическим данным). Данные баллистики, прихода/расхода электроэнергии, расхода топлива, воды, воздуха на данном этапе могут быть определены с существенной погрешностью. Очевидно, что переносы дат стартов транспортных и грузовых кораблей,
12 отказы научной аппаратуры и служебных систем, прочие нештатные ситуации (НшС) могут основательно видоизменять первоначальные планы.
Поэтому в диссертационной работе в основу технологии планирования положен альтернативный принцип - «от общего к частному», то есть — разработка укрупненного плана полета на длительный период с последующей поэтапной его детализацией с учетом текущего состояния ОК и результатов уже пройденных этапов полета. В работе описаны алгоритмы и средства планирования, изложена концепция интеграции этих средств в единую автоматизированную систему планирования полета PC МКС и обмена данными с международными партнерами при управлении МКС.
В современных человеко-машинных комплексах управления космическими полетами наблюдается противоречие между сложностью управляемых систем, объемом перерабатываемой информации, многовариантностью принимаемых решений, наконец, требуемой глубиной проработки планов, с одной стороны, и слабой изученностью особенностей процесса планирования полета, его места в системе управления полетом, отсутствием общей теории планирования космического полета, примитивностью традиционной "ручной" технологии планирования, с другой стороны.
Это противоречие приводит к несоответствию между необходимым» и фактическим уровнями обеспечения работ по планированию, что в свою очередь влечет за собой построение недостаточно гибких и плохо сбалансированных планов, ухудшение качества управления полетом в целом.
Средством устранения указанного противоречия призваны служить дальнейшее совершенствование методологии планирования, а также его автоматизация, направленные на:
- повышение качества планирования полета за счет существенного увеличения объема учитываемой информации и числа рассматриваемых вариантов плана;
более глубокую проработку и оптимизацию создаваемых планов в целом;
повышение гибкости и оперативности планирования за счет использования предварительно выделенных элементов планирования (полетных операций), их полной и тщательной проверки на совместимость, обеспеченность ресурсами, выполнение различного рода ограничений;
более детальную проработку полетных операций и связей между ними на начальных этапах планирования, составление формализованных паспортов полетных операций;
освобождение персонала планирования от- рутинной составляющей . этой работы и повышение безошибочности его функционирования.
Несмотря на то, что полеты отечественных долговременных орбитальных станций продолжаются более 30 лет, комплексной научной работы, в которой бы проводилось полное исследование вопросов автоматизированного планирования полетов ОК, до настоящего времени выполнено не было. Вышеизложенное дает основание полагать, что тема диссертации является актуальной.
Цели и задачи работы. Пока еще широко распространено мнение, что проблема автоматизации планирования по сути дела сводится к систематическому применению ЭВМ в процессе планирования. Автоматизация служит для повышения качества планов - продуктов работы системы планирования. Но в первую очередь, автоматизация - это средство повышения эффективности, интенсификации, развития деятельности подразделений, занимающихся планированием полета. Поэтому создание эффективных методов, средств и систем автоматизированного планирования невозможно без развития общей теории планирования полета, без системного анализа целостного процесса планирования, без детального исследования его содержания и взаимосвязей основных этапов.
Необходимо построение единых сквозных процессов-
автоматизированного планирования, охватывающих все стадии формирования плана. Потребность в автоматизации и эффект от нее наиболее ощутимы на начальных этапах планирования, поскольку ошибки в стратегических решениях очень сложно, а иной раз, и невозможно устранить впоследствии.
Целью диссертационной работы является разработка метода автоматизированного планирования полета при оперативном управлении долговременным ОК из территориально удаленных центров управления, обеспечивающего повышение надежности, эффективности и сокращения сроков осуществления планирования полета.
Из сформулированной цели вытекают следующие основные задачи диссертационной работы:
разработка методов исполнительного планирования при управлении полетом ОК;
разработка технологии формирования международными партнерами единого плана полета ОК с учетом особенностей управления из территориально удаленных ЦУПов;
разработка концепции и предложений по построению автоматизированной системы планирования полета PC МКС.
Методы исследования. Для решения сформулированных задач диссертационной работы привлекались методы теории автоматизированных систем управления, проектной баллистики, теории иерархических систем, теории принятия решений, теории информации, теории расписаний, теории эффективности и др.
При выборе методов был учтен опыт планирования полетов ОК типа «Салют», «Мир» и МКС.
Задача построения автоматизированной системы планирования полета стимулирует создание общей методологии планирования космических полетов,
15 которая должна опираться на положения системного подхода в планировании и анализ условий деятельности специалистов по планированию.
Одна из основных проблем исследований, предшествующих разработке автоматизированной системы планирования полета, заключается в проведении системного анализа общей задачи планирования полета, выделении ее основных компонентов и этапов, определении единиц и характеристик планирования.
Содержательный анализ предметной области планирования космического полета служит базой для правильной постановки и решения дальнейших проблем исследования таких как: .
-формализованное представление исходных данных для планирования, составление паспортов полетных операций;
-выявление и математическое описание приоритетов и совместимости полетных операций;
-выбор адекватных методов математического описания
неопределенности в задаче планирования;
- разработка логических схем и алгоритмов планирования полета;
-построение эффективных процедур сравнительного анализа и оптимизации вариантов планов;
-развитие методов организации экспертизы для получения исходной нечеткой информации.
Основные научные положения, выносимые на защиту:
концепция автоматизированной системы планирования;
машинно-ориентированные методики разработки планов полета различного уровня;
базовые алгоритмы исполнительного планирования (долгосрочного, краткосрочного и детального);
технология совместного планирования полета международными партнерами;
стандарты базы данных автоматизированной системы планирования;
классификация полетных операций и формализация информации в базе данных;
предложения по созданию экспертной системы планирования..
Новизна основных научных результатов, выносимых на защиту, заключается в том, что впервые подробно исследованы различные аспекты автоматизации исполнительного планирования при управлении ОК, как из одного ЦУПа, так и из территориально удаленных ЦУПов. Проведен системный анализ общей задачи планирования полета, выделены ее основные компоненты и этапы. Предложены машинно-ориентированные методики планирования полетных операций, технология планирования полета при управлении ОК из территориально удаленных центров, разработана структура базы данных планирования, исследованы предпосылки внедрения.. экспертных систем для решения неформализованных задач планирования.
Практическая ценность работы связана с ее основными научными результатами и состоит:
в сокращении времени на планирование,
в сокращении времени на принятие решения о корректировке программы полета в случае НшС;
в снижении количества НшС, обусловленных недостатками исполнительных планов;
в сокращении непроизводительных затрат бортовых ресурсов;
в переходе к скоординированной разработке единого плана полета ОК силами международных партнеров, взаимодействующими в процессе управления полетом из территориально удаленных ЦУПов.
Достоверность результатов работы подтверждается многолетним успешным использованием разработанных методов и алгоритмов планирования, баз данных и программного обеспечения при управлении полетами ОК «Мир» и МКС.
Апробация работы и внедрение. В процессе разработки, и практического применения методов исполнительного планирования лично автором и при его непосредственном участии:
разработаны методики исполнительного планирования полета при управлении ОК;
подготовлены и выпущены инструкции группы планирования ГОГУ ОК «Мир» и PC МКС.
разработана классификация полетных операций;
произведена формализация паспорта типовой полетной операции;
разработана и реализована концепция исполнительного планирования на МКС;
созданы и согласованы с международными партнерами стандарты базы данных, технология обмена информацией и программы интерфейсов;
разработана концепция Российской системы планирования;
составлены и апробированы алгоритмы формирования планов различного уровня.
Результаты работы были использованы в интересах управления полетом ОК «Мир», включая этапы программ «Мир — Шаттл», «Евромир» и др., а таюке на этапе строительства МКС. База данных полетных операций и разработанное ПО используются в качестве штатного инструмента в группе планирования ГОГУ в ЦУП-М и Международной группе планирования МКС. Отдельные результаты работы используются специалистами планирования NASA и ЕКА.
Результаты диссертационной работы были использованы при подготовке докладов и статей.
Публикации. Результаты диссертационной работы изложены в 10 печатных работах, 5 технических отчетах и 5 совместных с агентствами NASA, ЕКА, JAXA регламентирующих процесс планирования документах. Результаты, полученные в ходе разработки, нашли отражение в докладах, прочитанных автором на XXXIV, XXXV, XXXVII, XXXVIII, XXXIX Научных
18 чтениях, посвященных разработке творческого наследия К.Э. Циолковского (2000-2004 гг.) и XXX Академических чтениях по космонавтике (2006 г.)
Структура и объем диссертации. Текст диссертации состоит из списка сокращений, введения, четырех глав, заключения, списка литературы.
Общий объем диссертации 193 с, включая 175 с. машинописного текста, 27 рисунков, 18 таблиц.
Содержание диссертации. Во введении дан обзор темы исследования, обоснована актуальность работы, сформулированы цель и задачи исследования, описаны научная новизна и практическая ценность работы, дано краткое содержание и перечислены положения, выносимые на защиту.
В первой главе определены основы системного подхода к планированию
полета ОК, дана характеристика стадий планирования полета ОК и отвечающих
им интервалов планирования. На основе анализа исходных данных и объемов
оперативной информации, необходимых для разработки и коррекции планов,
определена схема информационных потоков. Исследованы математические
модели, используемые при разработке планов. Проанализирована
целесообразность задания глубины моделирования для планов различного
уровня (долгосрочного, краткосрочного и детального). В работе
проанализированы особенности формирования плана оператором-планировщиком на основе представления о приоритетах, совместимости операций, а также на основе критериальных оценок операций и оценок формируемого плана.
Во второй главе проведен анализ базовых алгоритмов разработки планов исполнительного уровня и ряд основных методов планирования работ, которые длительное время широко используются на практике и даны оценки их применимости для разработки планов исполнительного уровня при управлении полетом орбитальных комплексов. Проанализированы предпосылки создания экспертных систем для решения неформализованных задач планирования.
Третья глава посвящена вопросам методического обеспечения взаимодействия международных партнеров при планировании полета из территориально разнесенных ЦУПов. Рассмотрен принцип распределенного планирования. Исследованы организационные аспекты взаимодействия групп планирования международных партнеров при разработке единого плана полета МКС.
В четвертой главе работы предложена концепция автоматизации
планирования полета ОК и формы ее реализации в Российской системе
планирования. Рассмотрена программа интерфейса, необходимая для обмена
информацией по планированию и интеграции продуктов планирования с
международными партнерами. Предложены классификация и иерархия
полетных операций, приведены стандарты базы данных. Предложены пути
создания экспертной системы исполнительного планирования. г
В заключении охарактеризованы основные результаты работы, показана перспективность их дальнейшего развития.
Основополагающие принципы системного подхода к задаче планирования полета
При планировании космических полетов принято выделять следующие стадии планирования: стратегическое, тактическое, исполнительное. Каждая стадия планирования характеризуется своими специфическими задачами.
Стратегическое планирование начинается на этапе проектирования ОК, когда определяются основные цели и задачи полета, проектные параметры бортовых систем, функциональные возможности, методы управления, расчетная траектория орбитального полета.
Тактическое планирование определяет даты стартов ТК и ТГК, располагаемые ресурсы (время работы экипажа, запасы топлива, приход электроэнергии, каналы передачи информации и др.) и лимиты их расхода, приоритеты основных задач полета, периодичность и объем работ по обслуживанию служебных систем ОК, перечень научных экспериментов, а также квоты ресурсов на их выполнение. Определяется длительность полета в целом, конфигурация ОК, последовательность проведения отдельных этапов полета и их продолжительность.
Стратегическое планирование и тактическое планирование являются задачами проектных организаций и их подразделений и не рассматриваются в данной работе. В диссертации анализируется задача исполнительного планирования, которая вступает в силу на этапе оперативного управления полетом.
Исполнительное планирование определяет конкретные даты, время, последовательность и методы выполнения полетных операций, приводящих к цели, порядок использования различных технических и информационных средств, входящих в состав системы управления полетом.
Под интервалом планирования будем понимать длительность периода полета, охваченного тем или иным исполнительным планом.
В зависимости от интервала планирования исполнительное планирование можно разделить на: долгосрочное планирование; краткосрочное планирование; детальное планирование; перепланирование в реальном времени.
Долгосрочное планирование осуществляется до начала того или иного этапа полета. За интервал планирования для орбитальных станций выберем период проведения экспедиции, продолжающийся от начала стыковки с ОК транспортного корабля, доставляющего экспедицию на ОК, до расстыковки транспортного корабля, возвращающего ее на Землю. Этот интервал удобен тем, что позволяет определить цели и задачи для каждой конкретной экспедиции и результаты их выполнения. В начале и в конце каждой экспедиции есть одни и те же правила и ограничения планирования, например, сокращенная рабочая зона, определенный объем работ по приему/передаче смены, процесс ознакомления со станцией и процесс подготовки к спуску на ТК. Таким образом, можно создать шаблон из типовых полетных операций, внутри которого размещаются операции для выполнения целей и задач экспедиции.
Результатом долгосрочного планирования является НЛП, который представляет собой перечень всех операций, запланированных на определенные даты в течение основной экспедиции, сбалансированный по всем ресурсам.
Так как ОК является сложным и видоизменяемым во времени объектом управления, то разработанный до начала экспедиции НПП не может быть выполнен с высокой степенью точности. С учетом этого вводится следующий уровень планирования - краткосрочное планирование, для которого за интервал планирования выбрана одна неделя (с понедельника по воскресенье). Краткосрочное планирование осуществляется в рамках ранее разработанного НПП с учетом реального состояния ОК на данном интервале времени. Принятая в настоящее время длительность интервала, равная неделе, объясняется тем, что недельный интервал, удобен для- обозрения, повторяет модель рабочей недели в земных условиях, наконец, позволяет международным партнерам групп планирования, находящихся на разных континентах, обменяться исходными данными и разработать план. Этот процесс подробно описан в главе 3.
Продуктом краткосрочного планирования является ОПП, который, представляет собой полный перечень, операций, подлежащих выполнению на планируемый период времени с указанием требуемых ресурсов, контрольных точек их выполнения и процедур, по которым полетные, операции должны выполняться.
Для детального планирования за интервал, планирования целесообразно выбрать одни сутки. Детальное планирование предусматривает привязку полетных операций и полетных процедур к определенному моменту времени в сутках.
Продуктом планирования является детальный план полета (ДНИ). Выбор суточного интервала планирования обусловлен следующими причинами. Во-первых, с периодом в одни сутки практически повторяются условия видимости ОК с наземных станций слежения. Во-вторых, для экипажей пилотируемых ОК в полете должен соблюдаться суточный цикл деятельности, аналогичный тому, к которому они привыкли на Земле. В-третьих, сутки являются удобным для специалистов ГОГУ интервалом планирования,. хорошо обозримым с такой степенью подробности, которая характерна для детального плана.
НПП, ОПП и ДПП иерархически увязаны и дополняют друг друга. Отличие между ними состоит в величине интервала планирования и в степени подробности (масштабе) отображения процесса полета.
Методическое обеспечение разработки регламентирующих документов планирования
Для того чтобы каждый партнер мог самостоятельно формировать план для своего сегмента (модуля), были разработаны регламентирующие документы (правила). К их числу относятся: GGr&Cs (базовые правила и ограничения по планированию) Gr&Cs (правила и ограничения по планированию для конкретной экспедиции) IDRD (проектный документ - документ определения задач и требований к экспедиции на конкретный период планирования ) «Стандарты- базы данных» (документ служит для определения стандартов базы данных полетных операций, экспортных файлов, документации по планированию) OIP (правила взаимодействия специалистов при управлении полётом),
Перечисленными регламентирующими документами руководствуются в своей деятельности операторы группы управления- и экипаж международной космической станции.
В документе «Базовые правила и ограничения по планированию» записаны правила, действующие в рамках всей программы МКС, а в документе «Правила и ограничения, по планированию-для экспедиции № п» приведены список основных задач, приоритеты и правила распределения ресурсов, характерные для конкретной экспедиции.
Документ определения задач и требований к экспедиции устанавливает даты пусков транспортных и грузовых кораблей, цели экспедиции, распределение ресурсов,между служебными и-целевыми операциями, распределение ресурсов между партнерами.
Эти три документа определяют правила для разработки плана. Но, этими планами партнеры, говорящие на разных языках, имеющие разные системы планирования должны обмениваться и однозначно понимать друг друга. Для этого был разработан документ «Стандарты базы данных». Этот документ определяет состав параметров, описывающих полетную операцию, и параметров, характеризующих непосредственно план: Руководствуясь этим документом, каждый, партнер делает описание полетных операций своего сегмента в таблицах базы данных.
При заполнении паспортов операций используются типовые наименования ресурсов, режимов, условий и т.д. Такие данные вводятся из нормализованных справочных таблиц, обеспечивающих точность и однозначность обмениваемой с международными партнерами и посылаемой на борт информации. Данные для составления справочников заранее определяются и согласуются международными партнерами.
Таблицы с оперативной информацией содержат данные, связанные непосредственно с планированием полетов. В их состав входит информация о самом плане, об операциях из плана, о датах выполнения операций.
Согласованность данных, содержащихся в описании операции или в циклограмме, остается важным требованием. Наличие стандартов на документы по планированию гарантирует, что международные партнеры по программе МКС обмениваются документами и параметрами, согласованными по форме и содержанию.
Более подробно принципы разработки стандартов базы данных описаны в Главе 4.
Планы отдельных сегментов разрабатываются в виде набора данных, хранящихся в БД систем планирования партнера. Для обмена информацией на исполнительном этапе планирования между международными партнерами используются транспортные (экспортные) файлы .EXPTIM со строго определенной структурой. После передачи на Drop Box эти файлы становятся доступными всем партнерам
Планировщики ГОГУ направляют транспортный файл на Drop Box, откуда его забирают американские планировщики и загружают в свою систему планирования CPS. Аналогично происходит процесс загрузки в РСП транспортного файла, сформированного американскими планировщиками в CPS. Планировщики ГОГУ забирают транспортный файл с Drop Box. Далее при помощи программы "Интерфейс" осуществляется импорт данных в РСП.
При разработке технологии взаимодействия специалистов разных стран в ходе управления полетом МКС необходимо учитывать несколько факторов.
Во-первых, разницу в часовых поясах. Как правило, график работы специалистов по долгосрочному и краткосрочному планированию совпадает с графиком работы фирмы в каждой конкретной стране. Поэтому необходимо
было создать механизм взаимодействия групп планирования., при котором планировщик может контактировать как с кураторами систем; научных экспериментов, руководством своего сегмента, так и с партнерами по разработке планов, находящимися по другую сторону океана.
Во-вторых, в каждом космическом агентстве существует административная структура; которая может отличаться от структуры партнеров. Это касается в первую очередь NASA, где созданы два центра управления: в центре им. Джонсона в Хьюстоне - MGC-H; ответственный за интеграцию операций, ш в: центре им. Маршала в: Хантсвилле - POIG, отвечающий за операции по полезной нагрузке. В России управление служебным бортом и;научными экспериментами происходит из одного центра — ЦУМ-М в городе Королев.
В ЦУП-Х (г. Хьюстон, ЄША) осуществляется интеграция всех поступивших файлов с планами в?единый файл, который:также помещается на Drop Box. Выявившиеся при интеграции конфликты разрешаются на теле- и видеоконференциях международной группы планирования.
Организация; взаимодействия международных партнеров при- разработке планов разного уровня имеет свои специфические особенности [66].
Как уже было сказано в Главе 1, долгосрочный план разрабатывается до начала экспедиции. Для его разработки требуется несколько месяцев. В течение этого времени разрабатываются регламентирующие документы для планирования, заполняется база данных, формируется предварительный вариант плана. Полученный вариант проходит экспертную оценку и оптимизируется. В нем устраняются выявленные конфликты. В результате получается НПП/OOS, который записывается в экспортный файл. Шаблон для разработки документов долгосрочного планирования представлен на рисунке 3.5.
Концепция создания автоматизированной системы планирования полета и ее реализация в российской системе планирования ( РСП)
Каждое подразделение, участвующее в составлении программы полета, формирует так называемый план-заявку, который содержит списки и предлагаемое время выполнения операций, за проведение которых отвечает данное подразделение. Из этих списков планировщик, наделенный административными полномочиями, формирует интегральную программу полета.
Планировщик выделяет именованный интервал, который отвечает -интервалу разрабатываемого плана полета. Интервал представляет собой последовательный набор дат. Для каждой из этих дат формируются списки операций, намечаемых для выполнения в эти сутки. Списки операций, представляют собой перечни копий паспортов операций из базы паспортов. Формирование списков может осуществляться как вручную, так и автоматически.
Именованный интервал планирования постепенно заполняется информацией по планируемым на этот интервал операциям, по условиям, определенным на этом интервале, по наличию ресурсов, имеющихся на этом интервале, по возможности задействования средств связи.
Подсистема долгосрочного и краткосрочного планирования полета построена по технологии «клиент-сервер». В качестве сервера БД используется СУБД Oracle 8i. Клиентские модули функционируют под управлением ОС типа MS Windows 2000. Для разработки подсистемы использовались инструментальные средства MS Visual C++, Oracle Developer 2000.
Подсистема детального планирования обеспечивает формирование, верификацию, согласование, оперативную корректировку и выдачу детального плана для групп управления. Из всех видов планирования полета орбитальных станций детальное планирование (на 1 сутки) является самым оперативным (детальный план готовится за 4 суток до дня выполнения) и самым подробным (детальный план содержит информацию до уровня команд управления).
Подсистема построена по технологии «клиент-сервер». В качестве сервера БД используется СУБД Oracle 8i. Клиентские модули функционируют под ОС типа MS Windows 2000. Инструментальные средства разработки подсистемы - Borland Delphi.
Интерфейс предназначен для обмена информацией о планах полета PC МКС и АС МКС посредством импортно-экспортного файла CPS, который передается через систему Drop Box ЦУП-М - ЦУП-Х. Структурная схема интерфейса РСП с американской системой планирования космического полета CPS представлена на рисунке 4.1.
Программные модули интерфейса подключены по технологии «клиент-сервер». В качестве сервера БД используется СУБД Oracle 8i. Клиентские модули функционируют под управлением ОС типа MS Windows 2000. Инструментальные средства разработки интерфейса - Oracle Developer 2000.
Комплекс ПТС РСП должен включать в себя средства, предоставляющие пользователям РСП такие сервисы, как авторизация, сетевая печать, централизованное хранение файлов, электронный документооборот, ftp-сервис, www-сервис и др.
Специфика оперативной деятельности ГОГУ (работа 7 дней в неделю, 24 часа в сутки) выдвигает высокие требования к надежности работы ПТС РСП. Вычислительные и сетевые средства должны обеспечить работу не менее 150 пользователей РСП одновременно. Доступность серверов и сервисов, которые они предоставляют, должна быть не ниже 0,99. При этом-время реакции системы на запрос не должно превышать 3-5 сек.
Ориентировочный объем данных, который должен периодически обрабатываться в РСП, составляет около 10 Гбайт. Ориентировочный объем данных, который должен обрабатываться в российском сегменте американской системы планирования CPS, также достигает 10 Гбайт. ПО РСП. разрабатывается с расчетом на использование СУБД Oracle версии не ниже 8i. Требования к системному ПО приложения CPS: операционная система - IBM AIX версии не ниже 4.3, СУБД - Oracle версии 8.1.7.
Данные в БД РСП должны ежедневно архивироваться., Один раз в месяц необходимо создавать полную резервную копию файлов данных БД РСП. Ежедневно должны создаваться резервные копии журнальных файлов СУБД для обеспечения возможности восстановления данных в случае аппаратного сбоя. Срок хранения резервных копий и архивов данных РСП составляет 6 месяцев, что соответствует требуемой емкости системы резервного копирования и архивирования в 1 Тбайт.
В состав комплекса ПТС РСП должны входить: — вычислительные средства с системным ПО; — активное сетевое оборудование; — средства резервного копирования и архивирования. Одним из распространенных подходов к построению вычислительных комплексов является консолидация всех задач комплекса на одном высокопроизводительном надежном сервере (мэйнфрейме). Альтернативным подходом является выделение для каждой задачи комплекса сравнительно недорогого специализированного сервера.
Преимуществом первого подхода является лучшая управляемость, второй подход, как правило, имеет меньшую стоимость и лучшую масштабируемость. Поэтому на практике разработчики стремятся сочетать элементы первого и второго подходов - для решения одних задач используются выделенные серверы, а другие задачи решаются совместно на одном выделенном сервере.
При выборе вычислительных средств для» реализации комплекса ПТС необходимо учитывать следующие факторы: — наличие лицензионной версии Oracle 8i под платформу IBM AIX; — наличие двух серверов класса IBM RS/6000 (ОС - AIX); — требуемая; платформа для сервера приложений американской системы планирования CPS - IBM AIX; — требования к СУБД разработчиков программного обеспечения РСП и разработчиков американской системы планирования CPS (все разработчики используют СУБД Oracle 8i); — требования по надежности РСП; — ограничения по стоимости РСП. Технические характеристики двух имеющихся серверов позволяют выделить один из серверов для поддержки БД CPS, а второй использовать как выделенный сервер приложений РСП.
Структурная схема РСП и состав программного обеспечения (ПО)
Присвоение наименований циклограммам для НПП (OOS) должно осуществляться по следующей схеме: OOS_II_CYC_V_R, где II - номер экспедиции (00, 01 и т.д.); CYC - вариант (ВAS - основной, FIN - окончательный); V - место проведения (U - USOS (АОС), R - ROS (PC), Р - POIC (Центр операций с ПН), S - системы, I - комплексный); R - буквенное обозначение редакции (А, В и т.д.). Пример: наименование циклограммы в сводке OOS для операций на АОС во время 5-й экспедиции (в редакции А) записывается как OOS_05_FIN_U_A. .
Наименование экспортной циклограммы НПП (OOS) должно повторять наименование циклограммы OOS и дополняться отметкой даты и времени YYMMDDHHMMSS, а также расширением .EXPTIM. Например: OOS_II_CYC_V_R_YYMMDDHHMMSS.EXPTIM.
Присвоение наименований циклограммам для общего плана полета (WLP) должно осуществляться по следующей схеме: WLPXX_YYMMMDD_V_R, где XX - порядковый номер недели в плане WLP (01, 02 и т. д.); в начале каждой экспедиции эта нумерация обнуляется; YYMMMDD - первый день недели (понедельник) исполнения плана ОПП; V - место проведения (U - USOS (АОС), R - ROS (PC), Р - POIC (Центр операций с ПН), S — системы, I — комплексный); R - буквенное обозначение редакции (А, В и т.д.). Примеры: наименование плана WLP для операций на АОС во время 5-й экспедиции, исполняемых в неделю, начинающуюся 13 мая 2002 г., записывается как WLP01_02MAY13_U.
Наименование циклограммы плана ОПП для операций на PC во время 5-й экспедиции, исполняемых в неделю, начинающуюся 13 мая 2002 г., записывается как WLP0102MAY13JR.
Наименование экспортной циклограммы плана WLP должно повторять наименование циклограммы WLP и дополняться отметкой даты и времени, а также расширением имени, например: WLPXX_YYMMMDD_V_R_YYMMDDHHMMSS.exptim. Присвоение наименования циклограммам для краткосрочного плана (STP) должно осуществляться по следующей схеме: STPXX_YYMMMDD_V_R, где XX - порядковый номер недели в плане STP (01, 02 и т. д.); в начале каждой экспедиции эта нумерация обнуляется; YYMMMDD - первый день недели (понедельник) исполнения плана; V - место проведения (U - USOS (АОС), R - ROS (PC), Р - POIC (Центр операций с ПН), S - системы, I - комплексный); II - номер экспедиции (00, 01 и т.д.); YYMMDD - первый день недели (понедельник) исполнения плана STP; R,- буквенное обозначение редакции.(А, В и.т.д.). Пример: план STP для операций на PC МКС во время 5-й экспедиции, исполняемых 13 мая 2002 г. записывается как STP01_02MAY13_R.
Наименование экспортной циклограммы STP должно повторять наименование циклограммы STP и дополняться отметкой даты и времени, а также расширением имени, например: STPXX_YYMMlVroD_V_R_YYMMDDHHMMSS.exptim
Полетные операции в БД РСП могут быть распределены по пяти уровням (см. табл. 14). Как уже было сказано, в параграфе 1.5, все полетные операции делятся на три класса: служебные, целевые и бытовые. Группы операций используются для организации операций по категориям, определяемым пользователем. Для облегчения поиска структура группы должна быть основана на содержании той книги бортовых инструкций, в которую данная процедура включена. Группы американских операций описываются на английском языке, а группы российских операций - на русском (см. табл. 15).
Число групп, которые можно создать для какой-либо операции, и общее число создаваемых групп не ограничиваются. Однако для того, чтобы иметь дело с минимально возможным числом групп, какую-либо операцию следует включать в несколько групп только тогда, когда это абсолютно необходимо. Группами можно пользоваться для отбора операций из перечней, а также при просмотре циклограмм.
