Взаимодействие элементов ССН

Навигационные КА являются основными элементами спутниковой системы навигации (ССН). Их аппаратура предназначена для выполнения следующих функции, обеспечивающих высокое качество координатно-временных измерений:

- излучения высокостабильных навигационных радиосигналов двух типов – стандартной точности (СТ) без преднамеренного ухудшения характеристик и высокой точности (ВТ) в дециметровом диапазоне волн;

- приема, хранения, формирования и передачи навигационной информации (данных);

- формирования оцифровки, хранения и передачи сигналов времени;

- ретрансляции или излучения сигналов для радиоконтроля орбиты КА и определения поправок к бортовой шкале времени;

- приема, квитирования, дешифрирования и отработки разовых команд;

- приема, запоминания и отработки программ управления режимами функционирования КА на орбите;

- формирования телеметрических данных о состоянии бортовой аппаратуры и передача их в подсистему контроля и управления (НКУ);

- приема и отработки кодов коррекции и фазирования бортовой шкалы времени;

- выработку и передачу сигналов «Вызов наземного комплекса управления» при сбое или выходе важных контролируемых параметров за пределы нормы;

- анализ состояния бортовой аппаратуры (совместно с НКУ) и выработка управляющих команд.

Так как в ССН обычно предусмотрены два режима применения (номинальный (штатный) и профилактический), то КА в номинальном режиме находится в составе орбитальной группировки и излучает навигационные сигналы. В профилактическом режиме - КА выводится из группировки для проведения профилактических работ.

В процессе функционирования навигационный КА последовательно находится в следующих типовых режимах работы: ожидание после выведения на орбиту; начальной ориентации; приведения в расчетную точку; штатного функционирования.

После выведения КА на заданную орбиту (обычно за время не более 5 часов) по команде, выдаваемой разгонным блоком непосредственно после остановки двигателей, включается электропитание некоммутируемых шин и дежурные схемы спутника. После этого через заданное время система управления разгонным блоком выдает команду на отделение НКА. Эта операция осуществляется для КА с его закруткой (например, с угловой скоростью не более ). Процесс отделения КА контролируется с помощью телеметрической системы разгонного блока. На КА при его отделении формируется команда “Контакт отделения”, по которой он переводится в режим ожидания, в котором при прохождении КА зоны радиовидимости наземных средств НКУ обеспечивается прием команд управления и передача телеметрических данных. Длительность работы КА в режиме ожидания обычно составляет до трех суток.

Перевод КА в режим начальной ориентации происходит в зоне радиовидимости наземных средств в следующей последовательности: раскрытие солнечных батарей и штанги магнитометра; успокоение КА; начальная ориентация солнечных батарей на Солнце и КА – на Землю.

В процессе успокоения осуществляется торможение вращательного движения КА с помощью двигательной установки и разворот панелей солнечных батарей для выставки крыльев активной поверхностью в одну сторону и установки их в плоскости, совпадающей с продольной осью спутника.

В режиме начальной солнечной ориентации осуществляется разворот КА вокруг продольной оси с помощью двигателей маховиков до попадания Солнца в поле зрения приборов ориентации на Солнце с последующим переводом в закрутку вокруг оси, ориентированной на Солнце.

Режим начальной ориентации на Землю проводится в зоне радиовидимости НКУ на участках, где “Солнце – КА - Земля” составляет . При этом обеспечивается торможение вращения КА и его разворот с помощью управляющих двигателей-маховиков вокруг направления, ориентированного на Солнце до попадания Земли в поле зрения прибора ориентации на Землю. После этого включается режим слежения за Солнцем и Землей одновременно. Начальная фаза функционирования, во время которой осуществляется проверка работоспособности всех бортовых систем и построение необходимой ориентации, может иметь продолжительность от 5 до 12 витков.

Приведение КА в заданное положение на орбите осуществляется в несколько этапов: определение параметров орбиты и формирование программы приведения; выдача импульсов коррекции для обеспечения требуемой скорости смещения КА относительно номинальной орбиты; пассивное движение КА по орбите в заданном направлении; выдача импульсов, обеспечивающих торможение движения КА и его приведение в заданное положение на орбите; проведение измерений параметров орбит. Время, затрачиваемое на приведение КА, составляет от одной недели до одного месяца и определяется угловым положением в точке выведения относительно рабочей точки.

После завершения всей программы приведения КА в заданное положение с требуемой точностью производится окончательное уточнение параметров орбиты, высокоточная синхронизация БШВ, расчет временных программ и закладка их на КА. После этого КА может использоваться по целевому назначению.

Точность приведения КА в заданную рабочую точку орбиты обычно составляет: по периоду обращения – 0.5 с, по аргументу широты – , по эксцентриситету – , по наклонению орбиты – .

Помимо функциональных требований к навигационному КА предъявляются следующие требования:

1. Баллистические требования. Требования к орбитальным параметрам.

2. Требования к составу. Например, навигационный КА должен включать в свой состав комплекс целевой аппаратуры (КЦА) - бортовой навигационный передатчик (БНП) и бортовой хронизатор (БХ), комплекс бортовых служебных систем (КБСС) - бортовой управляющий комплекс (БУК) и бортовые обеспечивающие системы (БОС) - СЭП, ДУ, СТР, конструкцию и прочие элементы.

3. Конструктивные требования. Например, навигационный КА - единый разборный блок, а сборка должна быть без сварки, доступ к приборам, возможность замены блоков и приборов без их снятия. Требования к креплению приборов и агрегатов, к точности установки приборов.

4. Требования по технологичности. Должны использоваться типовые технологические процессы для изделия данного класса и серийности.

5. Требования по радиоэлектронной защите. Для всех систем КА должна быть обеспечена электромагнитная совместимость, т. е. они не должны излучать помехи и быть помехозащищенными. Помехозащищенность должна быть не ниже заданного уровня.

6. Требования по живучести и стойкости к внешним воздействиям (акустическим, вибрации в полете, холоду, радиации и др.).

7. Требования по надежности. Определяется вероятностью безотказной работы в течение срока активного существования в условиях космического пространства и солнечного излучения. Надежность КА определяется введением избыточности аппаратных средств (для реализации холодного и горячего резервирования), функциональным резервированием и т.д. Надежность должна быть не меньше заданной.

8. Требование к точности поддержания ориентации. В процессе функционирования КА с помощью бортовых систем выполняет ряд операций: солнечная ориентация, базовая и инерциальная ориентации и др. Каждая из этих операций характеризуется точностью исполнения. Точность поддержания ориентации должна быть не меньше заданной.

9. Требование к массе. Масса КА должна быть не больше заданной или минимальна.

10. Требование ко времени функционирования. Это требование зависит от задач, поставленных перед КА. Обычно время функционирования не менее 3 лет и не более 15 лет. Время функционирования КА должно быть максимальным или не ниже заданного.

11. Требование к стоимости. Определяется затратами на создание КА. Обычно стоимость ограничена или минимальна.