РАЗРАБОТКА ПРОГРАММНО-АЛГОРИТМИЧЕСКОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ ДЛЯ РЕШЕНИЯ ЗАДАЧ ФОРМИРОВАНИЯ КОМАНДНО-ПРОГРАММНОЙ ИНФОРМАЦИИ И ПЛАНИРОВАНИЯ РАБОТ С МАЛОРАЗМЕРНЫМИ КОСМИЧЕСКИМИ АППАРАТАМИ

На рубеже 2000-х годов XX века существенно изменились приоритеты в разработке космических аппаратов (КА). Видимое преимущество по ряду направлений космической деятельности получило создание малых космических аппаратов (МКА) по сравнению с крупногабаритными и тяжелыми КА. В результате начавшегося процесса миниатюризации КА удалось снизить массы некоторых больших и тяжелых КА и создать новые аппараты аналогичного назначения с массой в несколько сотен килограмм [2, с. 1]. Такие аппараты отличаются увеличенной долей электроники и вычислительной техники — на одном КА может быть установлено до десяти комплексов различной научной аппаратуры.

Для достижения высокой аппаратной надежности и обеспечения непрерывной сеансной работы необходимы новые подходы к организации архитектуры МКА, а также к организации системы управления и контроля.

Основными элементами системы управления и контроля являются:

1.  наземный комплекс управления;

2.  бортовой комплекс управления МКА;

3.  системы связи и передачи данных.

На рис. 1 представлена общая схема организации проведения работ с КА.

Рисунок 1. Общая схема организации проведения работ с КА

При этом роль НКУ сводится к следующему:

1.  контроль параметров НОРМА (обобщенный параметр, характеризующий работоспособность МКА), поступающих по связному каналу в центр управления полетом (ЦУП);

2.  периодическое прогнозирование движения МКА;

3.  периодическое проведение сверки и коррекции бортовых шкал времени;

4.  периодическое проведение регламентных проверок работоспособности систем МКА;

5.  учет отказов аппаратуры КА и прогнозирование его работы.

Одними из обязательных условий надежного выполнения задач МКА и его систем является проведение своевременного планирования работ и формирование командно-программной информации (КПИ) для сеансов связи. На всех этапах полета персоналом сектора управления и оперативного контроля в течение определенного срока до выхода на связь с МКА осуществляется планирование работы космического аппарата и средств наземного комплекса управления. На основании заявок, поступивших от специалистов подразделений предприятия и внешних организаций, а также зон радиовидимости и теневых интервалов, задаваемых сотрудниками сектора баллистического обеспечения, необходимо сформировать план на определенный период времени.

В связи с этим актуально создание программно-алгоритмического обеспечения (ПАО), автоматизирующего ввод заявок, а также позволяющего формировать КПИ по полученным данным. В результате, разработанное ПАО позволит значительно упростить процесс создания сеанса связи и итогового плана работ, который будет выводиться в текстовый документ автоматически по команде оператора. На рисунке 2 представлена общая функциональная схема разрабатываемого ПАО.

Рисунок 2. Общая функциональная схема ПАО

К исходным данным на разработку ПАО относятся:

1.  Заявки на работу с МКА от сектора баллистического обеспечения;

2.  Заявки на работу с МКА от Научно-исследовательских институтов (НИИ);

3.  Заявки на работу с МКА от сектора анализа КА;

4.  Таблицы типовых полетных операций (ТПО) и команд управления (КУ);

5.  Аппаратные и программные средства (ПЭВМ с установленной OS windows 7 и тактовой частотой процессора не менее 1 ГГц, система управления базами данных MySQL, язык программирования С++, среда разработки RADStudio).

Заявка — это оповещение начальника сектора управления о планируемом проведении работы с КА, привязанное к определенному временному интервалу и поступающее в общую базу данных работ от конкретного подразделения предприятия или НИИ. На рисунке 3 представлен пример заявки от сектора баллистического обеспечения с указанием зон радиовидимости МКА.

Рисунок 3. Пример заявки от сектора баллистического обеспечения

Для ЦУПа и контрольно-проверочной аппаратуры космического аппарата используется единая структура баз данных (БД), реализованная средствами СУБД MySQL версии 5.1. БД ЦУП обеспечивает:

1.  Информационное обеспечение отработки и штатной эксплуатации КА как на этапе наземной отработки, так и при управлении космическим полетом;

2.  Параллельную экспериментальную отработку и штатную эксплуатацию нескольких КА, образующих орбитальную группировку;

3.  Использование единого программного обеспечения, а также его унификацию для различных КА с минимальными доработками.

Для доступа к СУБД программы специального программного обеспечения (СПО) должны использовать язык запросов SQL версии MySQL 5.1 и интерфейс ODBC версии 3.51. Доступ к БД организуется через систему виртуальных серверов, которые физически могут размещаться как на одном, так и на разных ЭВМ. В состав БД планирования и управления КА входят около тридцати таблиц с различными данными, необходимыми для создания КПИ на сеанс связи. Перечислим некоторые из них:

1.  Таблица векторов состояния;

2.  Таблица элементов орбиты;

3.  Таблица ТПО и КУ;

4.  Таблица исходных данных для формирования массивов программной ориентации (МПО) и т. д.

В качестве примера на рисунке 4 представлена структура таблицы элементов орбиты КА.

Рисунок 4. Структура таблицы элементов орбиты МКА

Программа должна быть реализована на языке программирования С++. Данный язык позволяет быстро и качественно создавать полноценные оконные приложения, предоставляет средства для проектирования, редактора, отладчика и подключения приложения к БД.

Выходными данными разработанного ПАО являются:

1.  Сформированные пакеты КПИ (представленные в двоичном виде команды и массивы для передачи информации на КА);

2.  План работ на выбранный период времени, записанный в таблицу БД;

3.  Текстовый документ плана работ формата MS Exel для отслеживания работ операторами сектора управления.

На рисунке 4 представлена общая блок-схема разрабатываемого ПАО.

Рисунок 4. Общая блок-схема ПАО

По данной блок-схеме и на основании входного потока информации была реализована программа для планирования работ с КА. Программа представляет собой экранное приложение, состоящие из главной формы и четырех дополнительных окон, для добавления различных операций в план. Рассмотрим главное окно программы, представленное на рисунке 5.

Рисунок 5. Главное окно программы

В заголовке окна есть возможность выбора типа плана (суточный или недельный). При нажатии на кнопку сформировать план или при открытии уже существующего плана, в окне «Интервалы и тени» отобразятся все зоны радиовидимости на выбранный период, это также будет видно на временной циклограмме, расположенной ниже (рисунок 6).

Рисунок 6. Загрузка зон радиовидимости и теневых интервалов

После этого станут доступными кнопки «Добавить заявки», «Добавить ТПО», «Добавить КУ», а также «План работ с ПН» (обозначает работу с научной аппаратурой). Для примера добавим в план несколько типовых полетных операций, для этого откроем окно «Сформировать ТПО» нажатием на кнопку «Добавить ТПО» (рисунок 7).

Рисунок 7. Добавление ТПО в план работ с КА

После того, как оператор выполнил все необходимые операции по формированию плана, нажатием кнопки «Сформировать КПИ» все введенные данные будут сохранены в БД и автоматически будет создан документ MS Excel c упорядоченным видом сформированного плана работ (рисунок 8).

Рисунок 8. Сформированный MS Excel документ для оператора сектора управления

На этапе написания статьи программа уже прошла этап тестирования и апробации при работе с МКА. Опытным путем было доказано, что при планировании работ не возникает коллизий, и КПИ формируются в соответствии с техническими требованиями. По результатам тестирования и доработки ПАО были сделаны выводы о том, что разработанное ПАО удовлетворяет поставленным задачам и, с учетом проведения инструктажа с персоналом, может быть внедрено на предприятии. Программа позволит проводить недельное и суточное планирование, в короткие сроки изменять структуру заготовленного плана и оперативно формировать КПИ для сеансов связи. Важно отметить возможность применения данного ПАО при планировании работ с другими КА.

Список литературы:
1.    Архангельский А.Я., «Программирование в С++», 7-ое издание, изд. «Бином», 2010 — 1304 с.
2.    История создания МКА «Канопус-Б» — [Электронный ресурс] — Режим доступа. — URL: http://www.federalspace.ru/media/files/docs/3/kanopus.pdf (дата обращения 15.04.2015).
3.    Киселев А.И., Медведев А.Н., «Космонавтика на рубеже тысячелетий. Итоги и перспективы», 2001 — 672 с.
4.    Куландин А.А., Тимашов С.В., Иванов В.П., «Энергетические системы космических аппаратов», 1979 — 482 с.
5.    Уроки по программированию — [Электронный ресурс] — Режим доступа. — URL: http://www.Cpp-manual.ru (Дата обращения 01.09.2014).
6.    Хомоненко А.Д., Ададуров С.Е., «Работа с базами данных в С++ Builder», изд. «БХВ-Петербург», 2006 — 496 с.