Полеты в космос. Оперативное управление космическими аппаратами

Полеты в космос. Оперативное
управление космическими аппаратами
Профессор
В.А. Соловьёв
1
Управление полетом КА
Планирование полета
Коррективы к
разработанному
плану
Реализация разработанного плана
Контроль полета
Продолжение
полета по
разработанному
плану
(N)
Результаты контроля
норма
(N)
не норма
(Ñ)
Принятие решения по результатам
контроля
(Ñ)
Выполнение
оперативных
мероприятий по
парированию
нештатной
ситуации
2
Планирование космических полетов
Планирование — оптимальное распределение ресурсов
для достижения поставленных целей, деятельность
человека или организаций (совокупность процессов),
связанных с постановкой целей (задач) и действий в
будущем.
С точки зрения математики планирование это функция
одним из аргументов которой является время.
3
Особенности планирования полета
современных КА
Космические аппараты для
транспортных операций
Космические станции
длительного существования
4
Индукция подразумевает научное познание
объекта и приход к умозаключению от частного к
общему, где на основе данных о какой-либо части
объекта познания можно сделать вывод о группе
явлений в целом.
Дедукция, наоборот, приводит исследователя от
познаний общего к изучению составляющих, то
есть - частного.
5
Схема переносов динамических операций при
управлении полетом транспортными кораблями
Суточные витки
1
2
3
4
5
6
……….
13
14
………..
Выведение, ВИПШ
Тесты СУД, Курса
1-й маневр
Штатное выполнение
программы
автономного полета
Тест ТВ
Незакладка уставок
4-5 в
1-й маневр
(Тест ТВ на 2 сутках)
Срыв 1-го интервала маневрирования
Невыдвижение штанги
Срочный
спуск
13-14 в
1-й маневр
Тест ТВ
Срочный
спуск
Штатное выполнение
программы
автономного полета
Штатное выполнение
программы
автономного полета
Разгерметизация БО, КЖО, КНР, КДУ, СИОС
Выполнение программы автономного п-та.
Повтор ВИПШ на следующие сутки п-та
При повторном непрохождении ВИПШ
спуск на (1) в. 3-х суток
Разгерметизация СА, ПО, СПГС с течью в СА, пожар в СА
6
Иерархия уровней планирования полета
Стратегическое планирование: формирование целей полета
План-задание на 5 лет
Тактическое планирование: формирование целей полета, распределение
ресурсов между компонентами целей, основные правила и ограничения
График пусков
транспортных и
грузовых кораблей
Распределение
ресурсов
Баллистические
расчеты
Программа
научно-прикладных
исследований
Программа полета на 1 год
Исполнительное планирование: определение последовательности и
методов выполнения операций, приводящих к достижению заданной
цели полета
25
7
2
2
Номинальный
план полета (НПП)
на 1 экспедицию
(~ 6 месяцев)
1
Общий план
полета (ОПC)
на 1 неделю
1
Детальный план
полета (ДПП)
на 1 сутки
7
ТАКТИЧЕСКИЙ УРОВЕНЬ
Программа полета
Внешние исходные данные
на различных этапах
долгосрочное
краткосрочное
детальное
перепланирование в
реальном времени
анализ
выполнения ПП
Продукты
планирования
ИСПОЛНИТЕЛЬНЫЙ УРОВЕНЬ
НПП
Номинальный План Полета
Охватываемый интервал: экспедиция
Срок выпуска: месяц до реализации
ОПС
Общий План Сопровождения
Охватываемый интервал: неделя
Срок выпуска: неделя до реализации
ПП/ДПП
БПП
План Полета / Детальный План Полета
Охватываемый интервал: сутки
Срок выпуска: 5 дней / 4 дня до реализации
Бортовой План Полета
Охватываемый интервал: сутки
Срок выпуска: 1 день до реализации
ФАКТИЧЕСКАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ
8
Предмет планирования
Предметом коллективной деятельности, связанной с
планированием космического полета являются:
1. Решение задач, относящихся к баллистическому обеспечению;
2. Определение правил и ограничений планирования;
3. Сбор и формализация данных по планированию;
4. Планирование использования ресурсов и работы систем ОК;
5. Определение «окон» выполнения научных экспериментов;
6. Организация рационального режима труда и отдыха
космонавтов (РТО);
7. Назначение приоритетов полетным операциям;
8. Разработка плана полетных операций, позволяющих выполнить
цели и задачи программы космического полета.
9
Процесс планирования тактического уровня
1. Анализ грузопотока для обеспечения экипажа и функционирования
МКС (построение Модели грузопотока).
2. Формирование программы полета.
3. Расчет грузов, который включает прием и обработку проектантами
исходных данных по составу грузов, запасам топлива, запасам воды,
запасам газа.
4. Расчет грузопотока, который включает:
 прием и обработку заявок от кураторов;
 формирование, согласование и выпуск плана грузопотока (по
программе полета на год по блокам), а также поиск вариантов его
оптимизации;
 разрешение проблем, возникающих в процессе исполнения плана
грузопотока, и корректировка грузопотока при необходимости.
10
11
Программа полета МКС на 2013 год.
12
ТАКТИЧЕСКИЙ УРОВЕНЬ
Программа полета
Внешние исходные данные
на различных этапах
долгосрочное
краткосрочное
детальное
перепланирование в
реальном времени
анализ
выполнения ПП
Продукты
исполнительного
планирования
ИСПОЛНИТЕЛЬНЫЙ УРОВЕНЬ
НПП
Номинальный План Полета
Охватываемый интервал: экспедиция
Срок выпуска: месяц до реализации
ОПС
Общий План Сопровождения
Охватываемый интервал: неделя
Срок выпуска: неделя до реализации
ПП/ДПП
БПП
План Полета / Детальный План Полета
Охватываемый интервал: сутки
Срок выпуска: 5 дней / 4 дня до реализации
Бортовой План Полета
Охватываемый интервал: сутки
Срок выпуска: 1 день до реализации
ФАКТИЧЕСКАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ
13
Формат отображения НПП
14
Формат отображения ОПС
15
Формат отображения ДПП
16
Формат отображения ДПП (продолжение)
17
Формат отображения ДПП (продолжение)
18
Принципы планирования КП в международных
программах
• принцип поэтапного планирования – «от общего к частному»(НПП-ОПCДПП);
• принцип распределенного планирования – участвуют все партнеры,
находящиеся в территориально удаленных ЦУПах;
• принцип сепарации - каждый партнер разрабатывает план «своего» сегмента;
• принцип интеграции - окончательный план формируется в одном из ЦУПов
(«интеграторе»)
ПЛАН
Российского
сегмента
ПЛАН
Американского
сегмента
ПЛАН
Европейского
модуля
ПЛАН
Японского
модуля
ЦУП
интегратор
ПЛАН
МКС
19
Принципы планирования КП в международных
программах
Поэтапное планирование
ЦУП-М
ЦУП-Х
НПППредв
OOSPrelim
НППФин
OOSFin
ОПСПредв
WLPPrelim
ОПСФин
WLPFin
ДПППредв
OSTPPrelim
ДППФин
НшС
Заявки на
перепланирование
БПП
OSTPFin
Предлагаемая схема
распределенного планирования
позволяет:
1.Разрабатывать единый план полета для
целевых и служебных операций на разных
сегментах и модулях.
2.Надежно и эффективно взаимодействовать
партнерам при разработке единого плана полета.
3.Подключиться к планированию новым центрам,
приступившим к управлению новых модулей.
Инициация
партнеров
МКС
20
Принципы планирования КП в международных
программах
Распределенное планирование
Теле/видеоконференции, e-mail,
технические встречи, голосовая связь
Российская система
планирования РСП
Американская система
планирования CPS
Транспортные файлы с
данными обмена
ЦУП-М
Европейская система
планирования PPC
ЦУП-ЕКА
ЦУП-Х
Буфер
обмена
DROP-BOX
Транспортные файлы с
данными обмена
Японская система
планирования
ЦУП-Jaxa
21
Рост количества полетных операций
ОК «Мир»
Международная космическая станция
1986 – 2001 гг.
1999 – 2002 гг.
2003 – 2006 гг.
2007 – 2010 гг.
500…2000
500...5000
5000…20000
20000…50000
Кол-во
операций
50000
ОК МКС
2000
ОК «Мир»
500
1986
Годы
2001
2010
22
Классификация полетных операций
1. По функциональному назначению
2. По принципу связности (логиковременным отношениям) пример:
Класс
Системные (Служебные + Бытовые)
Целевые (Научные) эксперименты
Группа
ИК
МЕД.
Тренировки
РС
ВКД
Мультисегментные
АС
БЫТ.
НЭ
РС
НЭ АС
ВИД
СО
МК
СМ
ДК
СУО
AMCS
БРТС
ORCE
ТК
ПРОФ.
СУБА
SOCS
ТКГ
СОТР
TMCS
Шаттл
СЖО
СК
LSS
ATV
СЭС
В/К НК
EPS
ДУ
Оборуд
Борт
Земля
ГИГ.
ПРИЕМ
ПИЩИ
ИНФ.
АФ
НЭ ЕКА
НЭ Jaxa
Р1
Р2
Р3
Р4
Р
Р5
N-4
N-3
N-2
N-1
N
N+1
P – Внекорабельная деятельность
Р1 – Подготовка инструмента
Р2 – Подготовка скафандра
Р3 – Медицинский контроль
Р4 – Тренировки
Р5 – Сушка скафандра
3. По признаку периодичности
ГФ
БТХ
Р
Р
ТХ
Р
T
Т
T
T – период
НА
ТИП
СТАРТ
ПРОФ.
РС
ИНВ.
ТВ-РЕП
СТК
ТЕСТ
ДС
Н
ТО
ПОДГ
РСТК
КНТ
ТР
СИМВ.
ДЕЯТ.
ПРСТК
РВР
ТЕСТ
РПР
РСК
ЗАКЛ
МДС
ПОД
Г
ТЕСТ
ЭКС
П
ЗАКЛ
4. По признаку множественности
Р2
N
N+1
N+2
Р1
Р2
N+3
N+4
Р2
N+5
N+6
Р1 – единственная операция в плане
Р2 – множественная операция
23
Структура паспорта полетной операции
Аннотация
ПОЛЕТНАЯ ОПЕРАЦИЯ
Основные параметры:
Описание
· Название;
· Продолжительность;
Ресурсы
Документация
· Класс;
· Группа;
· Тип;
· Место выполнения;
· Автор операции и др.
План
определенного
этапа полета
НПП- план на
экспедицию;
ОПС – недельный
план;
ДПП - суточный
план.
Правила
24
Перечень атрибутов полетной операции
Атрибут
Краткое имя (русское)
Краткое имя (американское)
Полное имя (русское)
Полное имя (американское)
Описание (русское)
Описание (английское)
Модуль
Рабочее место
Группа
Система
Подсистема
Оборудование
Тип действия
Длительность
Категория
Категория PIER
Атрибут
Организация-создатель
Пользователь-создатель
Пользователь-редактор
Признак автоматическая ПО или нет
Признак периодичности
Признак критичности ПО по времени
Раздел ПО в плане
Период
Признак включения/не включения в рабочее
время
Дата создания
Дата редактирования
Организация-создатель
Пользователь-создатель
Пользователь-редактор
Признак автоматическая ПО или нет
Условия проведения
Дата выполнения ПО
Время начала ПО
Условия проведения
Дата выполнения ПО
Время начала ПО
Время окончания ПО
Привязка ПО к витку
ПО, входящая в Task list
Резервная ПО
Признак наличия времени у ПО
Идентификатор эталона
Идентификатор родителя ПО в иерархии
Время окончания ПО
шаблон-экземпляр-потомок
Принадлежность к иерархии ПО
Привязка ПО к витку
Идентификатор экспедиции
ПО, входящая в Task list
Идентификатор
американской
Резервная ПО
последовательности
Признак комплексности: обычная, в составе
Признак КПО, состоящей из одного элемента
комплексной, комплексная (заглавная)
Фиксированный приоритет
Атрибут
Признак наличия времени у ПО
Указатель на заглавную ПО в КПО, полученной
Идентификатор эталона
при обмене с партнерами
Признак наличия в документации к ПО слова Идентификатор родителя ПО
‘FLEXIBLE’
шаблон-экземпляр-потомок
в
иерархии
25
Перечень атрибутов полетной операции
Атрибут
Принадлежность к иерархии ПО
Атрибут
Название ресурса
Начало использования ресурса относительно
начала ПО
Идентификатор
американской Окончание использования ресурса
последовательности
относительно начала ПО
Признак КПО, состоящей из одного элемента
Длительность использования ресурса
Идентификатор экспедиции
Указатель на заглавную ПО в КПО, полученной
Количество ресурса в начале операции
при обмене с партнерами
Признак наличия в документации к ПО слова
Количество ресурса в конце операции
‘FLEXIBLE’
Признак критичности ПО по времени
Название члена экипажа
Раздел ПО в плане
Длительность использования ресурса
Начало использования ресурса относительно
ИД заявки, в которой была заявлена данная ПО
начала ПО
ИД
эксперимента,
в
рамках которого Окончание использования ресурса
выполняется данная ПО
относительно начала ПО
Тип информации, которую нужно передавать
Текущая ПО
через НИП (ТВ, Телефон, ТМИ, КПИ и т.д.)
Начало задействования НИП относительно
Связанная ПО
начала ПО
Окончание задействования НИП относительно
Заглавная ПО
начала ПО
Длительность задействования НИП
Тип привязки к текущей ПО (начало или конец)
Атрибут
Тип привязки к связанной ПО (начало или
конец)
Направление связи (от текущей к связанной, от
связанной к текущей)
Смещение в минутах
Смещение в днях
Тип временного отношения: комплексная ПО,
временная последовательность,
пользовательская группа, периодические и
множественные ПО
Текущая ПО
Несовместимая ПО
Причина несовместимости
Название документа русское
Название документа американское
Тип документа (Б/И или радиограмма)
Описание (N страницы, и т.д.)
Ссылка на электронный документ
26
Структура БД РСП
СПРАВОЧНЫЕ ТАБЛИЦЫ
БАЗОВЫЕ ТАБЛИЦЫ
В справочных таблицах хранятся
заранее определенные и
согласованные международными
партнерами стандарты данных,
используемые при планировании,
относительно:
В базовых таблицах хранятся
паспортные данные типовых
полетных операций. Паспорт
операции включает в себя такие
данные как:
название операции;
ресурсы, требуемые при
выполнении операции;
документация;
условия проведения операции;
место проведения операции;
и т.д.
ресурсов, требуемых при
выполнении операции;
документации;
условий проведения операции;
мест проведения операции;
и т.д.
ТАБЛИЦЫ С
ОПЕРАТИВНЫМИ
ДАННЫМИ
содержат информацию о
самих планах и их
содержимом:
название плана;
временной интервал;
график проведения работ;
и т.д.
27
Средства планирования
МЕЖДУНАРОДНЫЕ
ПАРТНЕРЫ
ПРОЕКТНЫЕ СЛУЖБЫ
ГП РС МКС
АСП РС МКС
Интерфейс
с системами
партнеров
Обмен
данными с системой
проектных служб
Создание планов
и проведение анализа
выполнения программы
полета
ГА РС МКС
ГОДЭ
Создание и
редактирование
БДПП
Обмен
с группами ГОГУ
ГДПР / ГП ТПК/ТГК
НКУ
Создание
и редактирование
ПЗС
Создание и редактирование
ДПП для МКС, транспортных,
грузовых и перспективных
пилотируемых транспортных
кораблей
28
Схема автоматизированной системы планирования
программы учета условий
БД полетных
операций
Российская система планирования
модуль
разработки НПП
модуль
разработки ОПС
БД ГОГУ
БД ГОГУ
БД ГОГУ
модуль
разработки ПП/ДПП
выпуск документации по планированию
модуль
работы с БДПП
модуль анализа вып.
программы полета
модуль обмена инф.
с системой партнеров
работа с бортовым планом
в реальном времени, проведения
анализа выполнения программы полета,
формирование данных для обмена
29
Использование БД ГОГУ
БД БНИ
БД коррекций
орбиты
БД TDRS
БД ориентаций
МКС
БД конфигураций
МКС
АСП
БД энергоприходов
БД стыковок
и расстыковок
БД по ПН
БД РТ
БД МИХ
БД по ВКД
БД бортовой
документации
30
МЕЖДУНАРОДНАЯ
КОСМИЧЕСКАЯ СТАНЦИЯ
Технические характеристики
Полет
1998 -2013
Экипаж
6
Масса
375 727 кг
Длина
51 м
Ширина
109 м
Высота
20 м
Жилой объем
837 м3
Давление
1 атм
400 км
(20 марта 2013)
432 км
(20 марта 2013)
Перигей
Апогей
Наклонение
орбиты
Орбитальная
скорость
Период орбиты
Количество
дней на орбите
Количество
дней с
экипажем
Количество
витков
51.6 град
7 706.6 м/с
92,7 мин
5235
4635
82090
31
31
Схема затопления МКС при минимальновозможном импульсе
32
Корабли-буксиры для затопления МКС
33
Конец лекции
34