Летные испытания изделий ракетно-космической техники

8.2.1. Содержание задач баллистико-навигационного обеспечения управления изделий РКТ на этапах летных испытаний и применения

Среди многообразия проблем, связанных с обеспечением эффектив­ности разработки и безаварийной эксплуатации изделий РКТ, мож­но выделить два значительных класса:

• обеспечение надежного баллистико-навигационного обеспече­ния (БНО) испытаний и применения изделий РКТ;

• достоверный анализ характеристик изделий РКТ по результа­там летных испытаний (ЛИ).

При этом под изделиями РКТ понимаются ракеты, их головные части (ГЧ) и космические аппараты (КА) как элементы ракетных (РК) и ракетно-космических (РКК) комплексов. В зависимости от рассматриваемых задач под летным испытанием может подразумеваться как единичный эксперимент (пуск и полет ЛА независимо от постав­ленной цели), так и совокупность таких экспериментов.

Разработка научно-методического обеспечения решения назван­ных проблем является прерогативой научной дисциплины «Экспери­ментальная баллистика». В рамках экспериментальной баллистики (ЭБ) рассматриваются следующие научно-технические задачи:

• определение движения изделий РКТ по результатам измерений текущих навигационных параметров (ИТНП);

• анализ летно-технических характеристик (ЛТХ) по результатам измерений параметров состояния и геофизических условий при­менения РКТ;

• оценка и анализ показателей целевого применения или основ­ных ЛТХ РКТ по результатам летных испытаний;

• разработка моделей и методов БНО испытаний и применения изделий РКТ.

Прикладная часть ЭБ направлена на решение баллистических воп­росов специального технического обоснования (СТО) перспектив раз­вития КА и выработки требований к новым объектам, баллистичес­кое проектирование средств (в соответствии с разработанными требованиями), а также на оперативное баллистико-навигационное обеспечение управления КА.

При решении баллистических вопросов специального техничес­кого обоснования и выработки требований к КА проводится анализ современного состояния и научно-технического прогнозирования тен­денций развития баллистических характеристик, определяются бал­листические возможности создания средств, исследуется их динами­ческая устойчивость и уровень требований к точности знания параметров гравитационного потенциала Земли, моделей атмосферы и др.

При баллистическом проектировании КА разрабатываются соот­ветствующие разделы в технических предложениях и проектах, созда­ется специальное программно-математическое обеспечение решения баллистико-навигационных задач, решаются целевые задачи, опре­деляются баллистические данные (ИБД).

При непосредственном баллистико-навигационном обеспечении (БНО) управления КА проводится совокупность научно-методичес­ких и организационно-технических мероприятий по определению про­странственно-временных параметров движения для управления КА на всех этапах полета, планированию и обеспечению работы борто­вых систем, наземных специальных и управляющих комплексов, а также для решения других баллистических задач.

В широком смысле БНО рассматривают как составную часть ра­бот, проводимых при создании КА, подготовке и проведении их ис­пытаний и штатной эксплуатации. Оно оказывает влияние на всю совокупность работ, связанных с разработкой и созданием комплек­са стационарных и подвижных систем, средств обмена данными, ком­плексов переработки информации.

Оперативное БНО на всех этапах испытаний и эксплуатации КА предусматривает решение следующих основных задач:

• выведение КА на заданную траекторию движения;

• определение и прогнозирование параметров движения КА;

• проведение динамических операций;

• создание, поддержание, восполнение орбитальных группиро­вок КА;

• спуск и посадка КА (или его элементов);

• контроль работы систем КА;

• определение БНО для планирования средств, привлекаемых для управления служб;

• научно-прикладные эксперименты.

Оперативное БНО занимает особое место в автоматизированных системах управления (АСУ) КА, так как ему присущи все универ­сальные черты самостоятельного контура управления, реализующего совокупность информационных функций, программирования режи­мов управления, выработки и реализации управляющих воздействий. Реализация этих функций осуществляется на основе данных, получа­емых в процессе решения множества баллистических задач, которые условно можно разделить на четыре класса [101]:

1. Задачи определения параметров движения и уточнения пара­метров математической модели (идентификации), используемой для описания движения КА, с учетом системы управления движением. Основными задачами этого класса являются:

• статистическая обработка измеренных текущих навигационных параметров (ИТНП) для определения вектора состояния КА, корректирующего импульса и согласующих коэффициентов, ис­пользуемых в математической модели движения;

• расчет данных для выполнения динамических операций, свя­занных с проведением коррекции траектории;

• расчет данных на проведение спусков.

Результаты решения этих задач зависят от характеристик борто­вой аппаратуры, измерительных средств, аэродинамических характе­ристик КА и являются исходными данными для решения всех других классов задач. Особенность этих задач заключается в том, что они решаются оперативно в определенной последовательности путем мно­гократных приближений по оперативно выбираемой стратегии. Ре­шение задач основано на оптимизации целевой функции, как прави­ло, в жестком временном режиме, зачастую при противоречивых ограничениях.

2. Задачи оценки летно-технических характеристик КА, точнос­тных характеристик результатов решения задач первого класса, а так­же наземных и бортовых измерительных средств навигационного обеспечения. К основным задачам этого класса относятся:

• априорная (апостериорная) оценка точности определения и про­гнозирования движения КА;

• оценка точности работы двигательной установки, систем ори­ентации и стабилизации;

• контроль и оценка точности работы бортовых алгоритмов реше­ния баллистико-навигационных задач;

• априорная оценка точности реализации коррекции, спусков и других операций.

Как правило, решение этих задач основано на применении мето­да статистического моделирования с использованием результатов ИТНП, оценок параметров орбиты, статистических характеристик исходных данных и осуществляется непосредственно после решения соответствующих задач первого класса.

3. Задачи расчета данных для планирования работы наземных служб, участвующих в управлении и контроле КА. Основными зада­чами этого класса являются расчет зон радиовидимости, целеуказа­ний, времени баллистического существования КА, освещенности, положения КА на траектории в заданных точках, положения и ори­ентации КА относительно заданных ориентиров, форм обмена между взаимодействующими организациями, данных для ввода баллисти­ческой информации в бортовую аппаратуру и других условий.

4. Задачи для обеспечения целевого применения КА.

Оперативному БНО как самостоятельному контуру управления в

АСУ КА присущ целый ряд специфических свойств и особенностей, основными из которых являются следующие:

1. Оперативность получения результатов, диктуемая потребнос­тями технологических процессов управления КА более высокого иерар­хического уровня и в первую очередь работой его бортовых систем и средств.

2. Высокая точность результатов решения баллистических задач, вытекающая из необходимости обеспечения наилучшего качества уп­равления. В самом деле, например, неудовлетворительная точность определения движения КА приведет к некачественному слежению за КА с помощью наземных или плавучих измерительных средств, так как целеуказания для антенн будут содержать большие погрешности. Кроме того, планирование и реализация управления полетом также будут выполняться некачественно, поскольку времена входа в зоны радиовидимости станции слежения будут вычислены с большими погрешностями. При расчетах параметров маневров КА погрешности знания траектории приведут к ошибкам вычисления этих параметров и отразятся на затратах бортового топлива, так как погрешности вы­полнения маневров должны компенсироваться изменением парамет­ров последующих маневров.

3. Надежность результатов баллистических расчетов, являющая­ся следствием того, что их погрешности приводят к необратимым процессам на борту КА и, как следствие, влияют на качество про­граммы полета. Так, сбои в расчетах времен радиовидимости КА со станции слежения приводят к срывам сеансов связи с КА и программ управления, реализуемых во время этих сеансов.

4. Циркуляция в контуре оперативного БНО больших массивов информации. Ежесуточно в контур могут поступать результаты сотен сеансов измерений текущих навигационных параметров (ИТНП) и выдаваться потребителям десятки форм обмена.

5. Массовый характер баллистических расчетов, проводимых од­новременно по нескольким КА, зачастую в реальном масштабе вре­мени.

6. Широкий круг взаимодействующих организаций, использую­щих результаты БНО.

7. Технологичность процессов оперативного БНО, характеризу­емая относительной стабильностью перечня решаемых задач для кон­кретного типа КА.

8. Использование большого комплекса разнообразных техничес­ких средств, включая ЭВМ, средств приема и передачи данных, ото­бражения и контроля. Комплекс технических средств обеспечивает автоматизацию обработки информации и расчета требуемых баллис­тических данных.

9. Четко определенный предмет исследования как самостоятель­ный системный раздел управления и информационного обеспечения АСУ КА.

Анализ особенностей и специфических черт контура оператив­ного БНО показывает, что ему присущи все признаки сложной си­стемы:

• содержит большое количество различных элементов;

• является информационной сетью, в которой циркулируют боль­шие потоки информации;

• имеет замкнутое поле управления со связями с внешней средой — сверхсистемой, под которой подразумевается АСУ КА;

• посредством управляющей информации обеспечивает саморе­гулирование;

• характеризуется свойством эмерджентности по отношению к подсистемам, анализ которых возможен только при изучении всей системы как целостного образования;

• является иерархической структурой, в которой сочетаются прин­ципы централизованного и децентрализованного управления;

• имеет входы и выходы — на вход поступают заявки на проведе­ние расчетов по БНО КА, данные ИТНП, исходные баллисти­ческие данные, а на выходе получаем результаты решения бал­листических задач в виде документов заданной структуры.

Отметим также, что важным признаком контура оперативного БНО как системы является наличие в нем людей как активных эле­ментов.

С учетом перечисленных особенностей, свойств и признаков под системой оперативного БНО будем понимать комплекс средств, фун­кционирующих под единым управлением с целью получения в тече­ние заданного времени и с заданной точностью совокупности балли­стико-навигационных данных, необходимых для управления КА различного целевого назначения.

Систему оперативного БНО с точки зрения теории массового об­служивания можно представить в виде сложной организационно-ди­намической системы открытого типа с параллельно-последователь­ным расположением элементов и принудительным по времени поступлением заявок на проведение работ по оперативному БНО уп­равления КА.