Этапы функционирования КА

Космические аппараты информационного обеспечения относятся к классу автоматических КА с автономным принципом функционирования в течение больших интервалов времени в процессе своего активного существования на орбите [1; 5]. Периодическая связь КА со средствами НКУ необходима для передачи телеметрической информации, приема командно-программной информации, а также специальной информации для решения целевых задач.

Эксплуатация КА включает в себя несколько этапов:

– наземную эксплуатацию;

– выведение на целевую орбиту;

– ввод в штатную эксплуатацию;

– штатную эксплуатацию по целевому назначению;

– выведение из целевого использования.

Этап наземной эксплуатации КА охватывает состояние хранения КА после изготовления, его транспортирование на космодром, автономную подготовку к запуску и подготовку в составе средств выведения. На этом этапе проводятся зарядка аккумуляторных батарей и заправка рабочим телом двигательной установки.

Этап выведения КА на целевую орбиту начинается на стартовом комплексе после завершения всех подготовительных операций перед его запуском.

На участке выведения, как правило, вся аппаратура и приборы выключены и обесточены, аккумуляторные батареи заряжены, тепловой режим КА поддерживается организацией пространственных разворотов разгонного блока (РБ) на участке выведения.

Если этого недостаточно, то включается электрообогрев критичных элементов КА непосредственно от аккумуляторов КА по технологическим цепям. Так, предусматривается подогрев необходимых приборов системы ориентации и двигательной установки, используемой в режиме начальной ориентации. Команды на включение технологических электрообогревателей подаются от РБ. Время действия этих команд привязано к циклограмме работы двигателей РБ (на начало или конец работы). Возможно включение обогревателей и перед стартом. Длительность их работы опреде-ляется необходимостью обеспечения теплового режима критичных элементов КА и располагаемой емкостью аккумуляторов.

Этап выведения КА на целевую орбиту завершается формированием команды на его отделение. Время выдачи этой команды сдвигается на величину, превышающую длительность спада тяги маршевого двигателя РБ после его выключения (15…80 с), что исключает соударение РБ с отделившимися КА вследствие движения РБ за счет остаточной тяги.

На некоторых РБ перед отделением КА имеется возможность программ-ной ориентации продольной оси РБ относительно направления на Солнце
с возможностью закрутки РБ вместе с КА вокруг этого направления. Это увеличивает длительность автономного функционирования КА после его отделения при отсутствии штатной ориентации до нескольких суток и повышает его живучесть в случае недостаточно надежной работы командной радиолинии.

Этап ввода КА в штатную эксплуатацию начинается после завершения процесса механического отделения КА от РБ и реализуется в виде определенной последовательности операций (режимов), выполняемых с помощью часовых механизмов (временников). После отделения в блоке управления (БУ) БКУ формируется электрический сигнал «Контакт отделения» (КО), по которому КА автоматически переводится в режим ожидания.

Длительность этого режима определяется, с одной стороны, возможностями автономного существования КА в неориентированном положении с обеспечением его теплового режима и энергоснабжения, а с другой –готовностью приборов КА к переводу в режим начальной ориентации.

Переход из режима ожидания в режим начальной ориентации проводится после завершения подготовки к работе приборов системы ориентации и двигательной установки и раскрытия механических систем. Режим начальной ориентации заключается в успокоении КА, т. е. гашении угловых скоростей отделения, начальной ориентации на Солнце и на Землю и переходе в штатную ориентацию. Операции по управлению КА в этом режиме отличаются высокой сложностью, поэтому их проводят под оперативным управлением и контролем средств НКУ. При групповых запусках одновременно нескольких КА в условиях недостаточной пропускной способности НКУ вводится поэтапная схема реализации режима начальной ориентации для каждого КА на нескольких витках подряд.

С появлением бортовых ЦВМ стала возможной организация автономной, т. е. без связи с НКУ, начальной ориентации непосредственно после отделения КА и раскрытия механических систем.

После перехода КА в режим штатной ориентации проверяется рабо-тоспособность основных и резервных комплектов аппаратуры бортового специального комплекса, бортового комплекса управления и другой бортовой аппаратуры и выполняется типовой цикл работ с НКУ по радиоконтролю орбиты, сверке, фазированию и коррекции кода бортовой шкалы времени.

Для КА, оснащенных двигательными установками, на этапе их ввода в штатную ориентацию дополнительно организуются коррекция параметров орбиты и приведение этих КА в рабочую точку на орбите с ее последующим радиоконтролем.

При групповых запусках КА после завершения проверок могут переводиться в режим хранения с последующей коррекцией орбиты и выводом в рабочую точку. В этом режиме целевая аппаратура отключена и работы с КА проводятся по схеме функционирования с минимальным привлечением средств НКУ.

На этапе штатной эксплуатации управление КА организуется
по типовым циклограммам с использованием командной радиолинии или радиолинии целевой аппаратуры. Типовые циклограммы управления формируются в виде массива командно-программной информации, передаваемой с НКУ на КА, что обеспечивает его программное автономное управление на длительных интервалах времени (до 15 сут) с соответствующим увеличением интервалов радиоконтактов с КА.

Интенсивность работы НКУ с КА в контуре эфемеридно-временного обеспечения навигационных КА является очень высокой, что связано с необходимостью проведения высокоточных измерений орбиты и сверки времени, расчета и передачи на КА эфемеридно-временной информации, осуществляемых практически на каждом витке.

Вывод из целевого использования КА осуществляется при возникновении аварийных ситуаций, приводящих к кратковременному нарушению целевого функционирования КА, а также после необратимых отказов, исключающих возможность целевого применения КА.

К основным признакам аварийных ситуаций кратковременного типа относятся недопустимое снижение энергоемкости аккумуляторных батарей, приводящее к выработке сигнала «Отключение нагрузки» (ОН), и отсутствие ориентации на Солнце с формированием сигнала «Потеря ориентации на Солнце» (ПОС). В этом случае КА автоматически переходит в режим обеспечения живучести, в котором целевая аппаратура выключается, КА переводится в режим минимального потребления и организуется нештатный режим автономной солнечной ориентации (РАСО), характеризуемый минимальным уровнем гарантированного получения энергии с солнечных батарей. Тепловой режим приборов КА поддерживается в расширенном диапазоне температур, достаточном для сохранения их работоспособности.

При возникновении аварийной ситуации на борту КА формируется сигнал «Вызов НКУ» и одновременно с помощью телеметрической аппаратуры регистрируются время события и информационное сообщение о состоянии КА с последующей передачей этой информации в НКУ. По результатам анализа состояния КА НКУ разрабатывает и реализует мероприятия по восстановлению работоспособности КА с его последующим вводом в целевое использование.

В случае необратимого отказа КА, когда связь с ним потеряна полностью или его характеристики не удовлетворяют заданным, оформляются документы на вывод КА из системы и о прекращении работы с ним.