Введение к работе
Актуальность темы.
Современное общество уже трудно представить без космических систем. Телевидение и телефония, геодезия и навигация, экология и другие отрасли человеческой деятельности поддерживаются сегодня орбитальными комплексами космических аппаратов (КА), в частности высокоорбитальными. Становление и развитие космической техники, происходящее в последние десятилетия зачастую происходит при фактической неопределенности условий эксплуатации самих космических аппаратов, в силу недостаточных знании космической Среды. Так, радиационные пояса Земли, деградация свойств конструкционных материалов в мапштосферной плазме, электризация высокоорбитальных КА и ряд других факторов космического пространства (ФКП), имеющие существенное, а зачастую и определяющее влияние на надежность функционирования КА, были открыты параллельно с развертыванием орбитальных группировок.
Развитие космических технологий тесно связано с проблемой надежности функционирования космических аппаратов. Эта задача, как правило, имеет два аспекта. Во-первых, для установки на КА необходима разработка приборов и изделий повышенной надежности, с учетом условий эксплуатации; во-вторых - подразумевается разработка методик и устройств наземной отработки и испытаний, для имитации воздействия факторов космического пространства. Обе стороны вопроса напрямую приводят к .хобходи-мости определения физических условий, в которых функционирует аппаратура в реальном космосе. Знание этих устовий является определяющим при формулировке технических условий и требований изготовителям космических аппаратов и систем.
Таким образом, непрерывный контроль факторов космического пространства в процессе эксплуатации КА становится актуальной потребностью для развития космических систем. Он позволяет выявлять критические ситуации и прогнозировать условия, которые потенциально могут привести к фатальной ситуации, а проведение научных исследований по изучению ФКП имеет как фундаментальный характер, так и непосредственное приложение в технике и технологии.
Проведение натурных экспериментов позволяет решить ряд фундаментальных и практических задач по определению влияния факторов космического пространства на космические аппараты и бортовую аппаратуру, сформулировать рекомендации по проектированию космических аппаратов для'повышения их надежности.
Для получения надежных результатов необходимы долговременные, комплексные измерения различных параметров. Аппаратура в таком эксперименте должна стабильно работать в течение нескольких лет в жестких климатических условиях космического пространства, иметь низкое потребление, небольшие габариты и
БсС.
С другой стороны, развитие исследований факторовввоздейст-вия космического пространства на космические аппараты привело к существенному увеличению информационной насыщенности эксперимента, усложнению измерительной аппаратуры и средств её разработки. Поэтому способность аппаратуры оперативно ре-конфигурироваться для постановки каждого конкретного эксперимента становится крайне важным фактором.
Актуальность темы связана с необходимостью исследований факторов, влияющих на надежность космических аппаратов и разработкой для этого бортовых микропроцессорных систем измерения, автоматизации всего цикла проведения натурного эксперимента, начиная с этапов согласования условий проведения эксперимента и разработки аппаратуры, до обработки информации, анализа полученных результатов и выработки рекомендаций. Недостаточность автоматизации в значительной степени сказывается на сроках проведения работ, их стоимости и качестве получаемых результатов.
Эта работа посвящена созданию технических и программных средств для исгчедования космического пространства, автоматизации процесса разработки приборов, проведения космического эксперимента и его информационного обеспечения. Реализация сквозной технологии создания и эксплуатации аппаратуры значительно повысило эффективность и сократило сроки выполнения этих работ.
Цель работы
- разработка аппаратуры натурного эксперимента в совокуп
ности с программными средствами управления эксперимен
том, передачей и обработкой получаемых данных;
- проведение натурных экспериментов с использованием
микропроцессорной бортовой аппаратуры и современных
информационных технологий обработки результатов;
- создание, на основе современных информационных техно
логий, комплекса программных и аппаратных средств раз
работки и эксплуатации приборов для космического экспе
римента. Для этого в едином цикле объединяются процессы
проектирования аппаратуры, её испытания, получения, об
работки, хранения и использования данных;
- создание программных средств для автоматизации процес
сов обработки, хранения и использования данных натурных
экспериментов. **
Научная новизна и практическая значимость,
-
Разработан надежный модульный микропроцессорный комплекс и программное обеспечение, на базе которого подготовлено и проведено несколько натурных экспериментов на геостационарных и высокоорбиталышх космических аппаратах.
-
Разработана патрульная аппаратура мониторинга факторов космического пространства и подготовлено программное обеспечение для наземкой поддержки.
-
Подготовлены и проводятся совместные с Европейским космическим агентством эксперименты.
-
Создан комплекс программ по приему, обработке, хранению и визуализации информации, получаемой в ходе эксперимента.
-
Создан комплекс программных и аппаратных средств единого цикла подготовки и проведения космического эксперимента.
-
Предложен метод измерения интегральной величины импульсного заряда; с помощью численного моделирования, лабораторных и натурных проверок способа температурной стабилизации измерителя подтверждена его эффективность.
Апробация работы.
Основные положения данной работы обсуждались ма межведомственном научно-техническом совете по проблеме "Электризация", на семинарах Отдела атмосферных исследований НГУ, НИИЯФ МГУ, Сибирского института солнечно-земной физики г. Иркутск.
По материалам работы сделаны доклады на научной конференции "ЭЭМ и науки о Земле" (Новосибирск, !б -18 апреля 1986 г.), на международной научной конференции "Проблемы взаимодействия ИСЗ с космической средой" (Новосибирск, 15-19 шоня 1992 г.).
Разработанные технические и программные средства были апробированы в нескольких успешных натурных экспериментах на космических аппаратах "Горизонт", "Галс", 'Экспресс" (НПО ПМ г. Красноярск) и "Глонас" (ПО "Полет" г. Омск). По результатам, полученным в экспериментах, уполномоченными организациями принимались оперативные решения по управлению космическими аппаратами и изменению режимов их работы. По этим данным были также выработаны руководящие технические материалы по
увеличению стойкости КА к воздействшо факторов космического пространства.
Некоторые из приборов продолжают эксплуатироваться, информация с них постоянно обрабатывается.
Начата эксплуатация патрульной аппаратур:-: мониторинга фалшров космического пространства МИПЭ ДИЭРА, информационной сети, обеспечивающей передачу научной информации, создана и пополняется база экспериментальных данных.
Более года проводится совместный с ESA эксперимент по изучению деградации терморегулирующих покрытий. Еще один эксперимент по репістрацйи микрометеоритов находится в стадии предстартовых испытаний.
Структура и объем работы.
Диссертация состоит из введения, 4 глав и заключения. Общий объем 112 страниц машинописного текста, содержит 29 иллюстраций. Список использованной литературы включает 26 наименования.
