Новости

13.08.2010 13:55

Космическая система (КС) «Арктика». Цели создания и задачи КС «Арктика»

         Вышла в свет Монография «Автоматические космические аппараты для фундаментальных и  прикладных научных исследований»  под общей редакцией доктора технических наук, профессора Георгия Максимовича Полищука и доктора технических наук, профессора Константина Михайловича Пичхадзе.  ( М.:Изд-во    МАИ ПРИНТ, 2010). Авторы-составители издания: В.А. Асюшкин, П.А. Грешилов, В.В.Ефанов, М.Б.Мартынов, А.А. Моишеев, С.А. Немыкин, В.М.Романов, И.Л. Шевалев.

         Сайт Федерального космического агентства представляет главу из названного издания, она посвящена перспективам космической системы «Арктика» и будет, как мы надеемся, интересна всем, кто интересуется перспективами космической деятельности России:

 

Космическая система (КС)  «Арктика»

Цели создания и задачи  КС «Арктика»

В настоящее время актуальными проблемами для России являются обеспечение динамичного социально-экономического развития ее северных регионов, богатых природными ресурсами (в частности, углеводородными), решение задач по эффективной навигации по Северному морскому пути, а также по безопасному полету авиации в высоких широтах и через Северный полюс Земли.

Труднопредсказуемые аномальные явления природного и техногенного характера могут приводить к значительным людским и экономическим потерям. В условиях Севера обостряется проблема повышения достоверности среднесрочных и долгосрочных прогнозов. До недавнего времени гидрометеорологическую информацию в этих районах получали с наземных и авиационных платформ, которые устарели и не отвечают современным требованиям. Получение такой информации по высокоширотным зонам Земли с геостационарной орбиты физически невозможно (рис. 4.2.2.1).

Регулярное поступление от спутниковых систем комплексной информации по северным регионам нашей страны является необходимым условием для эффективного решения гидрометеорологических, геофизических, геологических, экологических и дру­гих актуальных для арктической зоны задач, таких как контроль деятельности человека, мониторинг чрезвычайных ситуаций, развитие информационной инфраструктуры.

В последнее время в гидрометеорологии используются численные методы прогноза погоды. При этом значительно повысилась точность среднесрочного и долгосрочного прогнозов. Аномально большие ошибки в результатах (особенно по северным территориям) обусловлены, прежде всего, погрешнос­тями задания начальных условий, которые зависят от качества исходной информации и должны быть универсальными. До сих пор эти исходные данные получают от международной базовой группировки метеорологических геостационарных КА, которые, как видно из рис.4.2.2.1., малоэффективны для рассматриваемой территории.

Для решения указанных задач по северным регионам России нами, совместно с ГУ «НИЦ «Планета», предлагается создание многоцелевой гидрометео­рологической системы, ориентированной на комплексную информационную поддержку решения проблемных задач их инновационного социально-эконо­мического развития.

Дальнейший прогресс в области глобального и регионального прогноза погоды с помощью численных методов в значительной степени зависит от сле­дующих  факторов:

 

 

Рис.4.2.2.1. Преимущества высокоэллиптических орбит (ВЭО) при наблюдении арктического региона

-     получение гидрометеорологических и гелиогеофизических спутниковых данных по северным территориям и «полярным шапкам» Земли в квазинепрерывном режиме;

-     получение данных от высокоширотных дрейфующих платформ автоматических гидрометеостанций и аварийных буев системы поиска и спасения морских и воздушных судов КОСПАС-SARSAT по спутниковым каналам связи в круглосуточном режиме теледоступа;

-     оперативное доведение до потребителя краткосрочных гидрометеорологических прогнозов и данных о ледовой обстановке по спутниковым ка­налам  связи.

Эффективность перспективной системы арктических дрейфующих буев и сети автоматических гидрометеостанций на северной территории в значительной степени будет определяться возможностями оперативной передачи данных от этих средств в реги­ональные и национальный гидрометеорологические центры.

Для решения проблемы повышения качества по­лучаемой гидрометеорологической информации в арктическом регионе предлагается концепция со­здания спутниковых систем на высокоэллиптичес­ких орбитах. В этой же концепции предусмотрены космические средства для динамичного социально-экономического развития северных регионов, ко­торые обеспечивают круглосуточный всепогодный мониторинг поверхности Земли и морей Северного Ледовитого океана, а также постоянную и надежную связь и другие телекоммуникационные услуги. Многофункциональная космическая система, названная «Арктика» (КС «Арктика»), схематично показана на рис. 4.2.2.2.

Были проведены предпроектные исследования по созданию указанной КС. Функционально она состоит из трех космических составляющих: гидрометеоро­логической; дистанционного зондирования Земли; связной. В целом она включает:

а. Ракетно-космический комплекс:

-     космические аппараты «Арктика-М» на высокоэллиптических орбитах;

-     космические аппараты «Арктика-Р» на низких орбитах с многофункциональными многорежимными радиолокаторами бокового обзора Х-диапазона высокого разрешения с радиометрами;

-     космические аппараты связи «Арктика-МС» на высокоэллиптических орбитах;

-     средства подготовки к запуску КА с наземной инфраструктурой;

 

 

Рис. 4.2.2.2.Схема космической системы «Арктика»

 

б. Наземный комплекс приема, обработки и распространения данных;

в. Наземный комплекс управления КА;

г. Наземный сегмент системы связи.

Космические аппараты связи «Арктика-МС» разрабатывает специализированное предприятие - ОАО «Информационные спутниковые системы» и в даль­нейшем нами не описываются.

Наиболее рациональной, как показали предпроектные исследования, для КА «Арктика-М» явля­ется высокоэллиптическая орбита с высотой апогея - 40000 км, высотой перигея-1000 км, наклонением -63° и периодом обращения -12 ч. Эта орбита не только обеспечивает требуемый обзор северной территории, но и дает возможность применения существующих многозональных сканирующих ус­тройств с геостационарных гидрометеорологических спутников «Электро-Л» с незначительными усовершенствованиями, а также достаточный срок активного существования (~7 лет), несмотря на непростые радиационные условия.

НПО им. С.А. Лавочкина имеет значительный опыт по запуску, эксплуатации и управлению полетом КА на этих орбитах. За почти тридцатилетний период нами запущено более 100 КА серий «Око», «Прогноз», «Интербол» и др.

Баллистическое построение космической подсистемы «Арктика-М», состоящей из 2-х  КА  приведено на  рис. 4.2.2.3.

Расположение рабочих участков орбит:

-       начало минимального по длительности рабочего участка  каждого КА - за 3 часа до прохождения апогея;

-       конец рабочего участка - через 3 часа после прохождения апогея;

-               относительное смещение  начала рабочих участков орбит  КА № 1 и  КА  № 2 - на 6 часов.

Расчетное положение восходящего узла орбиты КА № 1 должно совпадать с расчетным положением нисходящего узла орбиты КА № 2. Такое взаимное расположение орбит КА должно обеспечивать на интервале одного цикла эволюции каждой высокоэллиптической орбиты наиболее равномерное распределение двух наиболее важных условий наблюдения: освещенности районов и зенитных углов линий визирования объективов метеорологического сканера, которые в значительной степени влияют на качество гидрометеорологических данных.

 

Рис. 4.2.2.3. Баллистическое построение космической подсистемы «Арктика-М»

 

Космические аппараты «Арктика-М»

Назначение КА

Основным назначением КА является обеспечение функционирования бортового комплекса целевой аппаратуры для получения гидрометеорологических данных на рабочем участке орбиты и гелиогеофизических данных по высоте орбиты, передачи полученных данных в наземный комплекс приема обработки и распространения данных Росгидромета, ретрансляции гидрометеорологических данных с наземных платформ и сигналов с аварийных буев системы КОСПАС-САРСАТ.

Обеспечение функционирования заключается в обеспечении: расчетных программных углов ориентации и угловых скоростей стабилизации визирных осей целевой аппаратуры в каждый момент полета КА на рабочем участке орбиты, температурных режимов, требуемого электропитания, наведения антенн, телеметрического контроля параметров функционирования целевой аппаратуры, в поддержании заданных параметров орбитального построения подсистемы «Арктика-М» и в определении местоположения КА в инерциальном пространстве с помощью абонентской аппаратуры системы ГЛОНАСС-GPS.

Средства выведения

Для выведения КА «Арктика-М» планируется использование ракеты космического назначения (РКН) «Союз-2» и разгонного блока (РБ) «Фрегат».

В состав космической головной части (КГЧ) входят:

•         РБ «Фрегат»;

•         переходный отсек (ПхО);

•          головной обтекатель (ГО);

•          КА «Арктика-М» с переходником и системой отделения.

 

Для выведения КА «Арктика-М» на орбиту  РБ «Фрегат» используется без доработок.

Головной обтекатель предназначен для защиты КА и РБ от аэродинамических и тепловых нагрузок во время прохождения РКН плотных слоев атмосферы, а также от внешних воздействий при транспортировании КГЧ автономно и в составе РН на стартовый комплекс (СК) и при нахождении на СК.

Для выведения КА «Арктика-М» будет использован ГО диаметром 4110мм.

ПхО разрабатывается и изготавливается НПО им. С.А. Лавочкина.

 

Схема выведения КА «Арктика-М» на рабочие орбиты

КА «Арктика-М» предполагается запускать с космодрома «Байконур» и выводить на рабочие высокоэллиптические орбиты с периодом обращения 12 часов. При этом РН запускается по трассе, соответствующей наклонению 64.9о. Требуемое наклонение рабочей орбиты формируется маневрами РБ.

РН «Союз-2», стартующая из Байконура, выводит на незамкнутую орбиту с наклонением 64.9о головной блок (ГБ) в составе КА и РБ «Фрегат», после чего отделившаяся 3-я ступень РН входит в атмосферу над Беринговым морем восточнее Камчатки. Длительность полета в составе РН равна ~8.8 мин.

Через 5 с после отделения от РН начинается 1-й активный участок (АУ), в результате которого ГБ выводится на круговую опорную ОИСЗ с тем же наклонением. Характеристическая скорость доразгона составит 300 м/с.

После ~40 мин пассивного полета по опорной орбите начинается 2-й АУ, в результате которого РБ переходит на промежуточную эллиптическую орбиту, высота апогея которой на 2…5 тыс. км ниже высоты апогея целевой орбиты, а высота перигея и наклонение остаются практически неизменными.

Через 0.8…1.5 часа полета по промежуточной орбите производится 3-й маневр РБ, в результате которого ГБ выходит на целевую орбиту с заданными высотами перигея и апогея, наклонением и аргументом перигея. На указанной орбите КА отделяется от РБ и начинает свой самостоятельный полет.

Высоту апогея и период начальной орбиты КА выбираются несколько отличающимися от параметров окончательной рабочей орбиты таким образом, чтобы через 1.5…2 недели полета восходящий узел КА оказался над необходимой географической долготой. Тогда КА с помощью собственной корректирующей двигательной установки посредством 1-2 коррекций с суммарным импульсом не более 5…10 м/с выводится на рабочую орбиту с заданными параметрами.

При запуске двух КА на две антифазные орбиты (одинаковые орбиты, отличающиеся на 180 градусов по долготе восходящего узла и на полпериода по времени прохождения перигея) также используется изложенная выше схема выведения.

Если известны параметры орбиты КА, запущенного первым, можно подобрать время запуска 2-го КА и начальный период его обращения таким образом, чтобы через 2-3 недели сформировалась необходимая орбитальная конфигурация. При этом 2-й КА должен будет провести две коррекции с суммарным импульсом, не превышающим по предварительной оценке 20 м/с.

Предлагаемая схема выведения КА «Арктика-М» приведена на рис. 4.2.2.4.

В рассмотренной схеме выведения полет ГБ в составе РН, первое и третье включения РБ, отделение КА и начало его полета находятся в зоне видимости с территории России. Второе включение находится вне зоны видимости, но данное обстоятельство является присущим для любых схем запуска на высокоэллиптические орбиты с аргументом перигея ~ 270о.

Начальная масса КГЧ - не менее 7200 кг.

Масса КА «Арктика-М», выводимая на заданные орбиты, - не менее 1850 кг.

 

Рис.4.2.2.4. Схема выведения КА «Арктика-М»

 

Рис. 4.2.2.5. Модульный принцип построения КА системы «Арктика»

 

Схема выведения КА «Арктика-М» на заданную орбиту, приведенная на рис. 4.2.2.4., не оптимальна с точки зрения максимальной выводимой массы полезного груза, однако обеспечивает:

•  минимальную длительность выведения;

•  единую программу полета РН для любой выбранной целевой орбиты КА.

При необходимости, РБ, с помощью еще одного включения в апогее целевой орбиты маршевой двигательной установки (МДУ) или ДУ системы обеспечения запуска (СОЗ) МДУ, может быть уведен с рабочей орбиты КА.

Конструктивно-компоновочная схема КА

Основные функциональные задачи КА подсистемы «Арктика-М» совпадают с задачами КА «Электро-Л», который с 2010 года должен войти в состав международной базовой гидрометеорологической группировки ВМО на геостационарных орбитах и с задачами высокоапогейного астрофизического КА «Спектр-Р».

Поэтому в качестве одного из основных требований к подсистеме «Арктика-М» является максимальное использование существующего задела по КА «Электро-Л» и КА «Спектр-Р».

КА системы «Арктика», также как и их прототип КА «Электро-Л», создаются по модульному принципу. (Рис. 4.2.2.5.)

Конструктивно-компоновочная схема КА «Арктика-М» включает в себя два модуля:

-     модуль бортового комплекса целевой аппаратуры;

-     служебный модуль (орбитальная платформа) КА.

 

Модуль бортового комплекса целевой аппаратуры (КЦА) КА создается на базе модуля КЦА геостационарного КА «Электро-Л». Поэтому, по своему составу, компоновочной схеме и габаритно-массовым характеристикам модуль КЦА КА «Арктика-М» аналогичен модулю КЦА КА «Электро-Л».

Орбитальная платформа (служебный модуль) КА создается на основе базового модуля служебных систем (БМСС) «Навигатор», который применяется (с некоторыми различиями в комплектации) в составе орбитальных платформ геостационарного КА «Электро-Л» и высокоэллиптического КА «Спектр-Р».

 

Рис.4.2.2.6. Общий вид КА «Арктика-М»

 

Так как для КА «Арктика-М» тип орбиты и условия эксплуатации КА «Спектр-Р» более близки, в качестве базовой для КА «Арктика-М» принята орбитальная платформа КА «Спектр-Р».

Общий вид КА «Арктика-М» показан на рис. 4.2.2.6. По результатам предпроектной проработки, этот КА включает следующие системы и комплексы:

- многоканальный спектр;

- гелиогеофизический аппаратный комплекс;

- бортовой радиотехнический комплекс;

- бортовая система сбора данных.

 

Эта целевая аппаратура будет адаптирована с КА «Электро-Л», что значительно ускорит создание КА «Арктика-М». Космические аппараты «Арктика-М» функционально дополнят существующую меж­дународную геостационарную метеорологическую систему и создадут основу непрерывных глобальных наблюдений Земли в XXI веке.

Расчетный срок активного существования КА «Электро-Л» на геостационарной орбите - 10 лет. В настоящий момент расчетный срок активного существования КА «Арктика-М» на 12-ти часовой высокоэллиптической орбите без специальных мероприятий составляет 7 лет.

В процессе разработки будут проработаны возможности усилении радиационной защиты КА «Арктика-М» с целью доведения его расчетного срока активного существования до 10 лет.

 

Орбитальная платформа (служебный модуль) КА

По условиям функционирования КА «Арктика-М» может рассматриваться как переходный вариант между КА «Электро-Л» и КА «Спектр-Р».

Так КА «Электро-Л» функционирует на геостационарной орбите (ГСО) и практически весь полет находится в планетоцентрической ориентации осей визирной системы координат гидрометеорологической аппаратуры.

КА «Спектр-Р» функционирует на высокоапогейной орбите и должен обеспечивать любую ориентацию оси радиотелескопа в инерциальном пространстве.

КА «Арктика-М» должен отслеживать осью X визирной системы координат целевой аппаратуры направление, близкое к центру Земли, и удерживать направление на Солнце в полуплоскости XOZ  КА.

С учетом возможности реализации в составе бортовой гидрометеорологической аппаратуры КА «Арктика-М» специального звездного канала, предназначенного для уточнения ориентации прибора в процессе съемки, и с учетом более близких условий эксплуатации КА, в качестве базовой выбрана орбитальная платформа КА «Спектр-Р» без ее принципиальных доработок.

Алгоритмы управления, разработанные для КА «Электро-Л» и «Спектр-Р», и аппаратурный состав бортового комплекса управления в составе базового модуля служебных систем «Навигатор» могут быть использованы для реализации задач управления КА «Арктика-М». Незначительные отличия в программном обеспечении бортового комплекса управления (БКУ) этими КА связаны с различиями в циклограммах полета, режимах ориентации, в составе и особенностях работы целевой аппаратуры этих КА.

В состав орбитальной платформы КА «Арктика-М» обязательно должна входить абонентская аппаратура ГЛОНАСС-GPS разработки ФГУП «РНИИ КП», предназначенная для установки на высокоэллиптических КА. Согласно результатам ее проектирования максимальные ошибки определения текущих координат КА «Арктика-М» на рабочем участке высокоэллиптической орбиты не превысят 500м.

Для коррекции орбиты и разгрузки управляющих двигателей-маховиков используется двигательная установка КА.

Основные задачи управления КА «Арктика-М»:

-       реализация планетоцентрической или близкой к ней ориентации осей целевой аппаратуры на рабочем участке орбиты КА;

-       наведение остронаправленных антенн (ОНА) КА на наземные пункты приема-передачи информации;

-       приведение КА на рабочую орбиту и коррекция параметров орбиты;

-       реализация технологических задач БКУ, в частности, приема «Полетного задания», «разгрузки» инерционных исполнительных органов, управления положением солнечной батареи и т. п.

 

Для обеспечения режима планетоцентрической или близкой к ней ориентации КА на интервале 6,5 часов каждого 12 часового витка в БКУ КА «Арктика-М» решается навигационная задача определения параметров орбитального движения и задействуются соответствующие алгоритмы управления программным угловым движением КА.

При этом в отличие от практически постоянной угловой скорости вращения оси Х КА «Электро-Л» в ~ 0.004 град/с, требуется переменная скорость вращения оси Х КА «Арктика-М» в диапазоне от ~ 0.007 град/с в начале и конце рабочего участка до ~ 0.002 град/с в середине рабочего участка в апогее орбиты.

 

Целевая аппаратура

Основные требования к целевой аппаратуре подсистемы «Арктика-М» определяются из задачи взаимного функционального дополнения космических данных геостационарных гидрометеорологических комплексов (в том числе, КК «Электро») и высокоэллиптической подсистемы «Арктика-М» и вытекающих из этого требований совместимости гидрометеорологических и гелиогеофизических данных от их целевой аппаратуры.

Для гидрометеорологической аппаратуры КА «Арктика-М» наклонная дальность съемки для районов, расположенных на 60о с. ш., отличается от аналогичной дальности для геостационарного КА «Электро-Л» не более чем на 7%.  Это, согласно мнениям членов Международной рабочей группы по проекту «Арктика», является приемлемой величиной.

Поэтому в КА «Арктика-М» может быть применен комплекс целевой аппаратуры КА «Электро-Л», включающий:

-       два комплекта многоканального сканера МСУ-ГС с необходимыми доработками или модернизацией (далее по тексту  МСУ-ГСМ);

-       гелиогеофизический аппаратурный комплекс (ГГАК);

-       бортовой радиотехнический комплекс (БРТК);

-       бортовую систему сбора данных (БССД) с необходимыми доработками или модернизацией (далее по тексту БССД-М).  

 

При необходимости, можно обеспечить одновременную работу двух комплектов МСУ-ГСМ, при этом в каждом комплекте могут параллельно работать 5-6 спектральных каналов.

Для выполнения требований, предъявляемых к качеству целевой информации, к количеству одновременно получаемых изображений в различных спектральных  каналах  и  к периодичности  наблюдений, для подсистемы «Арктика-М» необходимо провести следующие мероприятия по модернизации МСУ-ГС:

-       в состав модуля ИК-каналов МСУ-ГСМ ввести дополнительный  четвертый канал (реализация данного варианта была проработана ФГУП «РНИИ КП» на этапе ДЭП по созданию КК «Электро»);

 

-       в фокальной плоскости модуля видимого диапазона (ВД) установить новые приемники излучения для наблюдения звезд в диапазоне 0.4…1.1 мкм и обеспечить гарантированное получение изображений звезд 5...8 звездной величины для высокоточной координатной привязки.

 

Эти мероприятия позволят обеспечить выполнение требований по получению изображений в 6-ти спектральных каналах одновременно, по сокращению времени съемки до 180 сек, по снижению информативности до 30 Мбит/с и по точности координатной привязки объектов в поле кадра.

Основные характеристики МСУ-ГСМ в составе КА «Арктика-М» будут аналогичны характеристикам МСУ-ГС из состава КА «Электро-Л».

Условия работы МСУ-ГСМ на высокоэллиптической орбите, в отличие от условий работы МСУ-ГС на геостационарной орбите, будут характеризоваться:

-       значительным изменением дальности до земной поверхности за время сеанса съемки, что будет приводить к разным масштабам областей изображения, а также  к разным масштабам изображений, полученных в разных спектральных каналах;

-       наличием орбитальной скорости КА с МСУ-ГСМ относительно поверхности Земли, что приведет к дополнительным линейным деформациям изображения;

-       вращением изображения в фокальной плоскости, вызванного как собственным вращением Земли, так и вращением КА для отслеживания Солнца;

-       непрерывным изменением ракурса съемки.

Все это требует разработки специальных процедур нормализации изображений, которые будут работоспособны только при наличии высокоточных измерений параметров движения съемочной системы.

Гелиогеофизический аппаратурный комплекс (ГГАК) предназначен для мониторинга вариаций электромагнитного излучения Солнца в рентгеновском и ультрафиолетовом спектральных интервалах, полей корпускулярных излучений и вариаций геомагнитного поля на орбите КА.

Целью этих измерений является:

-       контроль и прогноз солнечной активности;

-       контроль и прогноз радиационной обстановки в околоземном космическом пространстве и состояния магнитного поля Земли;

-       диагностика и контроль состояния магнитосферы, ионосферы и верхней атмосферы.

ГГАК подсистемы «Арктика-М» полностью аналогичен ГГАК КК «Электро».

Для сохранения общей пропускной способности бортовой радиолинии на уровне          32 Мбит/с в видимых каналах обоих комплектов МСУ-ГСМ допускается использовать сжатие видеоданных по алгоритмам ДИКМ или Вейвлет.

Периодичность сеансов съемки 15-30 мин.

Бортовые антенны КА «Арктика-М» и наземные антенны должны отслеживать взаимное местоположение.

Радиотехнические комплексы наземных платформ сбора данных должны быть доработаны для работы с высокоэллиптическими КА.

Точность (3σ) прогнозирования движения центра масс КА с помощью бортовых средств (обработки сигналов ГЛОНАСС-GPS и баллистического прогноза) не хуже 1 км вдоль орбиты и 1 км поперек орбиты.

Ошибка (СКО) координатной привязки изображения в окрестности подспутниковой точки не должна превышать 1 км.

Относительная ошибка (СКО) привязки двух изображений, полученных с временным интервалом 0,5 часа, в 40-градусной зоне от подспутниковой точки  на поверхности Земли не должна превышать 2,5 км.

 

Наземные средства КС «Арктика» (см. рис. 4.2.2.2.) представляют собой территориально-распределенную систему центров приема, обработки и доведения информации до потребителя.

Потребности развития северных и арктических регионов в целом также требуют непрерывных кос­мических наблюдений в следующих целях:

- обеспечение безопасной навигации по Север­ному морскому пути;

- обеспечение безопасности трансполярных и региональных полетов авиации;

- контроль чрезвычайных ситуаций природного и техногенного происхождения;

- освоение нефтегазоносных месторождений в Баренцевом море, на полуострове Ямал, в бассейнах рек Обь, Енисей, Лена;

- обеспечение эффективного функционирования рыбопромыслового флота;

- наблюдение за деятельностью промысловых судов в экономической зоне России и др.

Из-за специфики климатических условий рас­сматриваемых регионов наблюдение за ними из космоса эффективно только при использовании ра­диолокационных средств. При этом нужно выбрать наиболее рациональный вариант радиолокатора. Прежде всего, должна быть оценена информатив­ность радиолокационной съемки для решения ука­занных задач.

 

Наземный комплекс управления полетом  КА «Арктика-М»

Наземный комплекс управления в составе подсистемы «Арктика-М» (НКУ-А) создается для круглосуточного автоматизированного управления КА, системами обеспечения функционирования полезной нагрузки и решения целевой задачи КА.

Построение и функционирование НКУ-А осуществляется с учетом общих и специальных требований и задач управления КА:

-             командно-программного обеспечения (КПО);

-             информационно-телеметрического обеспечения (ИТО);

-             навигационно-баллистического обеспечения (НБО) задач управления КА.

Решение указанных задач обеспечивается следующим составом средств НКУ:

•         центр управления полетом (ЦУП), решающий задачи планирования работы КА и средств НКУ, формирования командно-программной информации (КПИ), обработки и анализа контрольной телеметрической информации (ТМИ), навигационно-баллистических задач непосредственного управления КА и др.;

•         командно-измерительные станции (КИС) осуществляющие выдачу командно-программной информации на КА, прием с КА контрольной  информации (ТМИ, квитирование КПИ), проведение измерений текущих навигационных параметров (ИТНП);

•         баллистический центр (БЦ), решающий баллистические задачи управления КА (задачи обработки и оценка точности ИТНП; расчет параметров и контроль траектории (орбиты) движения КА; расчет начальных условий, времени существования КА и др.);

•         средства связи и передачи данных (ССПД), реализующие необходимый информационный обмен средств НКУ между собой, а также - с взаимодействующими наземными комплексами.

Для КА «Арктика-М» планируется применить ту же служебную радиолинию, что и для КА «Электро-Л» и КА «Спектр-Р», поэтому для управления КА «Арктика-М» могут быть применены КИС типа «Клен» и «Тамань-База».

В настоящее время ФГУП «НПО им. С.А. Лавочкина» совместно с организациями-соисполнителями завершает работы по созданию комплексов наземных средств для управления КА «Электро-Л» и КА «Спектр-Р».

Потенциально технические средства вышеуказанных комплексов могут обеспечить решение задач командно-программного, навигационно-баллистического и информационно-телеметрического обеспечения управления КА «Арктика-М» на уровне не хуже, чем для КА «Электро-Л».

Для создания и функционирования наземного комплекса управления высокоэллиптическими гидрометеорологическими КА (НКУ-А) могут быть использованы с доработками существующие средства НКУ для КК    «Электро-Л» и «Спектр-Р». Для обеспечения работы этих средств с высокоэллиптическими КА потребуется доработка программного обеспечения, а также доработки аппаратно-программного комплекса - в случае задействования КИС ряда «Тамань-База» и КИС из состава НКУ КА «Спектр-Р».

 

Наземный комплекс приёма, обработки и распространения информации от космической подсистемы «Арктика-М»

Наземный комплекс приёма, обработки и распространения информации от КА подсистемы «Арктика-М» (НКПОР-М) должен решать практически те же основные задачи, что и аналогичный наземный комплекс КК «Электро» (НКПОР-Э):

1.      Планирование, составление и коррекция (при необходимости)  программ работы бортовой целевой аппаратуры с учетом имеющегося ресурса, условий функционирования элементов космического комплекса, состояния средств НКПОР-М и заявок потребителей с последующей выдачей их в НКУ в установленные сроки.

2.    Анализ и оценка качества информации, принимаемой в сеансе связи, средствами главного центра приема и обработки данных ГЦПОД, а также центра приема, обработки и контроля качества космической информации.

3.      Формирование и выдача данных в соответствии с «Каталогами форм обмена»  для обмена информацией с НКУ-А и элементами НКПОР-Э.

4.      Прием в частотном диапазоне 7,5 ГГц (Fнес=7500 МГц) со скоростью   30,72 Мбит/с многоспектральных снимков облачности и подстилающей земной  поверхности, получаемых с прибора МСУ-ГСМ, гелиогеофизической информации (ГГИ) и оперативно-контрольной информации (ОКИ) - с периодичностью 30 мин. в штатном режиме,  и 15 мин.  в режиме учащенных снимков.

5.      Прием в диапазоне 1,7 ГГц (Fнес=1693 МГц) со скоростью 2,5 Кбит/с гелиогеофизических данных на высоте орбиты, их обработка и выдача подразделениям Росгидромета, а также соответствующим службам МЧС и Минобороны России.

6.      Передача непосредственно на КА «Арктика-М» гидрометеорологической информации с платформ сбора данных в режиме многостанционного доступа с частотно-временным разделением каналов, с периодичностью один сеанс каждые 3 часа, и информации о штормовых предупреждениях – в любое время суток,  в диапазоне частот 401 - 403 МГц  со скоростями передачи 100, 400, 1200 бит/с и с объемом передаваемых данных:

-     для международных каналов 5192 бит в каждом сообщении;

-     для национальных каналов – до 15000 бит в каждом сообщении.

7.      Прием гидрометеорологической информации с платформ сбора данных, ретранслированной через КА «Арктика-М», в режиме частотно-временного разделения каналов по линии вниз в диапазоне 1,7 ГГц  (Fнес=1696.4 МГц; Fнес=1697 МГц), со скоростями передачи 100, 400, 1200 бит/с и объемом передаваемых данных от 5192 бит до 15000 бит в каждом сообщении.

8.      Прием сигналов от аварийных радиобуев системы КОСПАС-САРСАТ, ретранслированных бортовым радиотехническим комплексом КА «Арктика-М» на частоте 1,5 ГГц (Fнес=1544.5 МГц)  со скоростью передачи 400 бит/с, и передача этой информации в наземную службу системы КОСПАС-САРСАТ.

Кроме того, НКПОР-М должен обеспечивать выполнение телекоммуникационных функций по распространению, обмену обработанными гидрометеорологическими и гелиогеофизическими  данными, включая:

-       передачу обработанной гидрометеорологической информации: на станции приема и обработки информации, на станции приема космической информации - в формате HRIT и на автономные пункты приема гидрометеорологической информации - в формате LRIT, по каналам ретрансляции по линии «вверх» в диапазоне 8,2 ГГц (Fнес=8195 МГц)  и по линии «вниз» в диапазоне 1,7 ГГц (Fнес=1691 МГц);

-       обмен данными между организациями Росгидромета, Роскосмоса и соответствующими службами Минобороны России со скоростями передачи 2,56 Мбит/с и 15,36 Мбит/с путем ретрансляции данных по линии «вверх» в диапазоне 8,2 ГГц (Fнес=8195 МГц) и по линии «вниз» в диапазоне 7,5 ГГц  (Fнес=7500 МГц).

Большинство штатных технических средств и сооружений НКПОР-Э будут базовыми для создания  НКПОР-М, однако потребуется наращивание их состава (ввиду возрастания потока космических данных) и модернизация (вследствие усложнения процессов приема и обработки спутниковой информации от высокоэллиптических КА по сравнению с геостационарными КА).

Также в состав НКПОР-М должен входить Информационно-аналитический центр системы спутникового океанографического мониторинга (ИАЦССОМ) Арктики. Этот центр обеспечит сбор, обработку и анализ космических данных о ледовой обстановке и другой космической информации о состоянии морской поверхности, а также оперативную доставку готовой информационной продукции потребителям (в том числе на морские суда и другие  объекты в море).  Этот Центр предлагается сформировать на базе ГУ «ААНИИ» (г. Санкт-Петербург).

 

Сравнительный анализ результативности проекта

Высокая сравнительная результативность проекта создания и эксплуатации подсистемы «Арктика-М» предопределена следующими объективными причинами.

Космическая подсистема «Арктика-М» будет иметь принципиальные преимущества по условиям наблюдения и получения исходной гидрометеорологической информации в арктическом регионе, соответствующей всем требованиям ВМО, что позволит в короткие сроки качественно повысить уровень ЧПП не только для этого региона, но и для северного полушария Земли в целом. Российские предложения по созданию космической подсистемы гидрометеорологического мониторинга «Арктика-М» с использованием КА на высокоэллиптических орбитах получили статус приоритетного проекта ВМО в области наблюдения Земли из космоса.

 

 

Космические аппараты

«Арктика-Р»

 

Рис.4.2.2.7. Общий вид КА «Арктика-Р»

 

Назначение КА

Космический аппарат «Арктика-Р» (рис.4.2.2.7.) должен с высокой оперативностью обеспечивать:

-     детальную съемку с высоким разрешением 1-2 м;

-          обзорную съемку с разрешением 3-5 м;

-     маршрутную съемку с разрешением до 150 м;

-     получение результатов радиолокационного на­блюдения объектов с периодичностью 4-6 ч.

Для КА «Арктика-Р» принята круговая орбита высотой ~600 км с наклонением 98°.

 

Рис. 4.2.2.8. Адаптация базового модуля «Навигатор»

 

Реализация проекта

В целях наиболее рационального использова­ния материальных, людских и финансовых ресурсов создание КС «Арктика» осуществляется на единой орбитальной платформе с максимальным использованием создаваемой наземной инфра­структуры. Этой концепции в наибольшей степени соответствует наша универсальная космическая платформа «Навигатор», запуск которой планиру­ется осуществить в составе метеороло­гического геостационарного спутника «Электро-Л» и космической астрофизической высокоэллиптической обсерватории «Спектр-Р». Этот принцип проиллюс­трирован на рис. 4.2.2.8.

Проект создания космической гидрометеорологической подсистемы «Арктика-М» в составе МКС «Арктика» предполагается реализовать в период 2010-2014 гг.

НИЦ «Планета» с кооперацией в 2009г. завершает создание наземного комплекса получения, обработки и распространения данных с КА «Электро-Л», что так­же может адаптироваться к задачам КС «Арктика».

Учитывая вышесказанное и оптимально сфор­мированную научно-промышленную кооперацию, которая позволит сфокусировать людские ресурсы, знания и опыт каждой компании на реализации про­екта, можно сделать вывод, что создание сложной многофункциональной космической системы «Арк­тика» технически реально осуществить в сжатые сро­ки и с высоким качеством.

Таким образом, создание КС «Арктика» в полной комплектации позволит:

• комплексно решить задачи инновационного социально-экономического развития северных регионов России и международного транспортного сообщения;

• обеспечить прогресс в области прогноза погоды (как в региональном, так и в глобальном масштабах) и в сфере предсказания опасных природных и клима­тических аномалий;

• создать развитую информационную инфраструктуру для обеспечения безопасной эксплуатации транспортной системы, мониторинга экологической обстановки;

• создать информационную основу для расширения углеводородной и минерально-сырьевой до­бывающей базы;

• обеспечить развитие непосредственного спутникового радио- и телевещания, а также предоставление полного спектра услуг связи в северных и арктических регионах России.

 

Сообщить об ошибке в тексте

Фрагмент текста с ошибкой:

Правильный вариант:

При обнаружении ошибки в тексте Вы можете оповестить нас о ней. Для этого нужно выделить мышкой часть текста с ошибкой и нажать комбинацию клавиш "Ctrl+Enter".