АВТОМАТИЗИРОВАННОЕ УСТРОЙСТВО ФОРМИРОВАНИЯ ОБЛИКА ОРБИТАЛЬНОЙ ГРУППИРОВКИ КОСМИЧЕСКИХ АППАРАТОВ

Полезная модель относится к специализированным устройствам вычислительной техники и может быть использована для автоматизированного формирования облика орбитальной группировки космических аппаратов.
Она представляет собой устройство, содержащее элементы (блоки) и связи между ними, находящиеся в функционально-конструктивном единстве и размещенные в ограниченном пространстве с возможностью выполнения в едином корпусе.
Известны технические решения, которые могут быть использованы при автоматизированном проектировании сложных технических систем, частности, формировании облика и орбитальной группировки космических аппаратов.
Одной из основных задач, возникающих при проектировании космических систем и комплексов, является формирование облика будущей системы, функционирование которой должно обеспечивать достижение целей космической деятельности.
Из существующего уровня техники и методологий проектирования сложных систем известны подходы к оцениванию результатов функционирования таких систем, таких орбитальная группировка космических аппаратов по различным показателям, например, по показателю «стоимость-эффективность». В частности, они изложены в работах [Демидов Б.А., Величко А.Ф., Волощук И.В. Научно-учебное издание. Системно-концептуальные основы деятельности в военно-технической области. Книга 2. Организационно-методические основы деятельности в военно-технической области. Под ред. Б А. Демидова. - К.: 2006. - 1152 с; Буренок В.М., Косенко А.А., Лавринов Г.А. Техническое оснащение Вооруженных Сил Российской Федерации: организационные, экономические и методологические аспекты. Монография. М.: Издательский дом «Граница», 2007. 719 с; Военно-экономический анализ / С.Ф. Викулов, Г.П. Жуков, В.Н. Ткачев, В.Я. Ушаков; Под ред. С.Ф. Викулова. - М.: Военное издательство, 2001. - 352 сидр.].
Также известны подходы к преобразованию показателей эффективности и стоимости функционирования орбитальной группировки в показатели качества и стоимости космической информации, получаемой в результате функционирования орбитальной группировки космических аппаратов, изложенные, например, в [Космические системы наблюдения: Синтез и моделирование / А.А. Лебедев. О.П. Нестеренко.- М.: Машиностроение. 1991. - 224 с], где представлен подход к оцениванию полноты и достоверности информации получаемой космическими системами наблюдения на основе оценивания эффективности их функционирования.
Результаты оценивания качества и стоимости космической информации в сравнении с предъявляемыми к ним требованиям могут быть использованы для принятия управленческих решений при формировании облика орбитальной группировки космических аппаратов.
Также известными являются подходы к оцениванию рисков, связанных с надежностью технических систем, таких как космические аппараты. В частности, в работе [Ветошкин А.Г. Надежность технических систем и техногенный риск. - Пенза: Изд-во ПГУАиС, 2003. - 154 с] рассмотрена методология анализа и оценки техногенного риска, приведены основные качественные и количественные методы оценки риска, методология оценки надежности, безопасности и риска с использованием логико-графических методов анализа, критерии приемлемого риска, принципы управления риском, рассмотрены примеры использования концепции риска в инженерной практике.
Известны также технические решения, используемые при концептуальном проектировании систем и определении их облика.
В частности, известно техническое решение [RU 16877, Ul, G06F 17/60, 20.02.2001], выполненное с возможностью моделирования элементов бизнес-системы и их взаимосвязей, подключенная к внешним источникам информации, в виде, по меньшей мере, одного компьютерного устройства, соединенного с, по меньшей мере, одним рабочим местом оператора, оснащенным, по меньшей мере, одним интерфейсом, при этом, оно содержит подсистему концептуального описания бизнеса компании, подсистему моделирования бизнес-системы действующей компании, подсистему моделирования рациональной бизнес-системы компании, подсистему тестирования бизнес-системы компании, подсистему аналитического мониторинга бизнес-системы компании, подсистему тиражирования бизнеса, подсистему реинжиниринга, подсистему факторного анализа внешней среды, причем первый вход подсистемы концептуального описания бизнеса компании, вход подсистемы моделирования бизнес-системы действующей компании и вход подсистемы факторного анализа внешней среды соединены с соответствующими внешними источниками информации, первый выход подсистемы концептуального описания бизнеса компании соединен с первым входом подсистемы моделирования рациональной бизнес-системы компании, первый выход подсистемы моделирования бизнес-системы действующей компании соединен со вторым входом подсистемы моделирования рациональной бизнес-системы компании, выход подсистемы моделирования рациональной бизнес-системы компании соединен с входом подсистемы тестирования бизнес-системы компании, выход которой соединен с первым входом подсистемы аналитического мониторинга бизнес-системы компании, первый выход подсистемы аналитического мониторинга бизнес-системы компании соединен с входом подсистемы тиражирования бизнеса, второй выход подсистемы аналитического мониторинга бизнес-системы компании соединен с третьим входом подсистемы моделирования рациональной бизнес-системы компании, выход подсистемы тиражирования бизнеса соединен с, по меньшей мере, одним рабочим местом оператора, второй выход подсистемы концептуального описания бизнеса компании соединен со вторым входом подсистемы аналитического мониторинга бизнес-системы компании, второй выход подсистемы моделирования бизнес-системы действующей компании соединен с третьим входом подсистемы аналитического мониторинга бизнес-системы компании, выход подсистемы факторного анализа внешней среды соединен с первым входом подсистемы реинжиниринга, третий выход подсистемы моделирования бизнес-системы действующей компании соединен со вторым входом подсистемы реинжиниринга, выход подсистемы реинжиниринга соединен со вторым входом подсистемы концептуального описания бизнеса компании.
Недостатком этого технического решения является относительно узкая область применения, что не позволяет использовать его для решения задачи формирования облика орбитальной группировки космических аппаратов без дополнительных доработок.
Известно также техническое решение [RU 2533436, C1, G06F 17/00, 20.11.2014], включающее блоки регистрации параметров объекта, каналы связи, аппаратуру хранения информации, блок мониторинга, блок принятия решений, блок корректирования информации и потребителей информации, информационный паспорт объекта, основной блок хранения информации, дублирующий блок хранения информации, блок информационных обликов объекта, информационный блок объемно-композиционного решения, информационный блок параметров внутренней структуры, информационный блок параметров поверхности, информационный блок параметров освещенности и информационный блок параметров окружения, а также частные блоки: характерных по форме отдельных объемных элементов объекта, характерных по физическим характеристикам материала отдельных объемных элементов объекта, характерных по физическим характеристикам материала отдельных участков поверхности объекта, характерных по освещенности отдельных участков поверхности объекта и отдельных характерных зон окружения объекта, причем информационный блок объемно-композиционного решения выполнен составным из частных блоков характерных по форме отдельных объемных элементов объекта, каждый из которых включает блоки параметров характерного по форме отдельного объемного элемента: блок геометрических параметров и блок параметров общего вида, информационный блок параметров внутренней структуры выполнен составным из частных блоков характерных по физическим характеристикам материала отдельных объемных элементов объекта, каждый из которых включает блоки параметров характерного по физическим характеристикам материала отдельного объемного элемента: блок параметров физических характеристик материала, из которого выполнен элемент, блок параметров однородности материала элемента, а также блок параметров включений из другого материала, информационный блок параметров поверхности выполнен составным из частных блоков характерных по физическим характеристикам материала отдельных участков поверхности объекта, каждый из которых включает блоки параметров характерного по физическим характеристикам материала отдельного участка: блок параметров физических характеристик материала поверхности и блок параметров отражательной способности поверхности, информационный блок параметров освещенности выполнен составным из частных блоков характерных по освещенности отдельных участков поверхности объекта, каждый из которых включает блоки параметров характерного по освещенности отдельного участка: блок параметров естественного освещения, блок параметров искусственного освещения и блок параметров изменчивости освещения во времени, а информационный блок параметров окружения выполнен составным из частных блоков отдельных характерных зон окружения объекта, каждый из которых включает блоки параметров отдельных характерных зон окружения: блок параметров взаимного расположения объекта и окружающих его предметов и блок параметров об ориентации объекта и окружающих его предметов относительно сторон света, кроме того, основной блок хранения информации и дублирующий блок хранения информации включены в аппаратуру хранения информации, блоки регистрации параметров включены в блок мониторинга и включают: блок регистрации параметров объемно-композиционного решения, блок регистрации параметров внутренней структуры, блок регистрации параметров поверхности, блок регистрации параметров освещенности и блок регистрации параметров окружения, а блок информационных обликов объекта содержит изображения объекта и характеристики объекта в виде описания свойств и численных параметров, определяющих состояние объекта в определенный момент времени, при этом блоки регистрации параметров соединены каналами связи с соответствующими блоками параметров частных блоков, блок мониторинга соединен с блоком принятия решений, который в свою очередь соединен с информационным паспортом объекта и с блоком корректирования информации, а блок корректирования информации соединен также с информационным паспортом объекта, кроме этого, информационный паспорт объекта выполнен в виде электронного документа и соединен с аппаратурой хранения информации, аппаратура хранения информации соединена с блоком информационных обликов объекта, а блок информационных обликов объекта соединен с потребителями информации.
Недостатком этого технического решения также является относительно узкая область применения, что не позволяет использовать его для решения задачи формирования облика орбитальной группировки космических аппаратов без дополнительных доработок.
Наиболее близким по технической сущности к предложенному является автоматизированное устройство [RU 2321886, С2, G06F 17/50, 10.04.2008], содержащее модуль ввода данных для приема множества значений характеристик изделия, связанных с набором изделий, имеющих диапазон отклонения в отношении множества характеристик изделия, получающихся в процессе, модуль корреляции для выбора прогнозирующей характеристики из множества характеристик изделия и модуль регрессии для определения регрессионной(-ых) модели(-ей) между прогнозирующей характеристикой и, по меньшей мере, одной из оставшихся характеристик изделия, при этом, модуль ввода данных предназначен для приема целевого значения для прогнозирующей характеристики и целевого значения для, по меньшей мере, одной оставшейся характеристики изделия, модуль регрессии предназначен для определения пересечения целевого значения для прогнозирующей характеристики и целевого значения первой оставшейся характеристики изделия по отношению к регрессионной модели между прогнозирующей характеристикой и первой оставшейся характеристикой изделия, модуль регрессии предназначен для определения соответствующих верхнего и нижнего интервалов прогнозирования, связанных с регрессионной(-ыми) моделью(-ями) между прогнозирующей характеристикой и, по меньшей мере, одной из оставшихся характеристик изделия.
Недостатком наиболее близкого технического решения является относительно низкая точность при использовании для формирования облика орбитальной группировки космических аппаратов, что обусловлено относительно узкими функциональными возможностями, поскольку при формировании облика орбитальной группировки космических аппаратов оно не позволяет произвести это по комплексному показателю, позволяющему учитывать не один, а несколько несколько частных показателей, например, качество, стоимость и риски получения космической информации при эксплуатации группировки.
Задача, которая решается в предложенной полезной модели, является повышение точности устройства путем обеспечения возможности учета достаточно полного комплекса факторов, характерных для проектов, осуществляемых в процессе космической деятельности и формировать облик орбитальной группировки космических аппаратов по комплексному показателю, позволяющему учитывать качество, стоимость и риски получения космической информации при эксплуатации группировки.
Требуемым техническим результатом является повышение точности устройства применительно к формированию облика орбитальной группировки космических аппаратов за счет расширения его функциональных возможностей.
Поставленная задача решается, а требуемый технический результат достигается тем, что, в устройство, содержащее блок ввода данных о требованиях к получаемой космической информации, блок ввода данных о прогнозных условиях функционирования группировки и блок имитационного моделирования процесса функционирования орбитальной группировки космических аппаратов, согласно полезной модели, введены блок ввода данных показателей качества космических аппаратов, блок формирования облика орбитальной группировки космических аппаратов, первый, второй и третий входы которого соединены, с выходами, соответственно, блока ввода данных о требованиях к получаемой космической информации, блока ввода данных о прогнозных условиях функционирования группировки и блока ввода данных показателей качества космических аппаратов, а выход соединен со входом блока имитационного моделирования процесса функционирования орбитальной группировки космических аппаратов, а также блок оценки стоимости функционирования орбитальной группировки космических аппаратов, вход которого соединен с первым выходом блока имитационного моделирования процесса функционирования орбитальной группировки космических аппаратов, а выход соединен с четвертым входом блока формирования облика орбитальной группировки космических аппаратов, блок оценки качества космической информации, вход которого соединен со вторым выходом блока имитационного моделирования процесса функционирования орбитальной группировки космических аппаратов, а выход соединен с пятым входом блока формирования облика орбитальной группировки космических аппаратов, и блок оценки рисков функционирования орбитальной группировки космических аппаратов, вход которого соединен с третьим выходом блока имитационного моделирования процесса функционирования орбитальной группировки космических аппаратов, а выход соединен с шестым входом блока формирования облика орбитальной группировки космических аппаратов.
На чертеже представлена функциональная схема автоматизированного устройства формирования облика орбитальной группировки космических аппаратов.
Автоматизированное устройство формирования облика орбитальной группировки космических аппаратов содержит блок 1 ввода данных о требованиях к получаемой космической информации, блок 2 ввода данных о прогнозных условиях функционирования группировки и блок 3 имитационного моделирования процесса функционирования орбитальной группировки космических аппаратов.
Кроме того, автоматизированное устройство формирования облика орбитальной группировки космических аппаратов содержит блок 4 ввода данных показателей качества космических аппаратов, блок 5 формирования облика орбитальной группировки космических аппаратов, первый, второй и третий входы которого соединены, с выходами, соответственно, блока 1 ввода данных о требованиях к получаемой космической информации, блока 2 ввода данных о прогнозных условиях функционирования группировки и блока 4 ввода данных показателей качества космических аппаратов, а выход - соединен со входом блока 3 имитационного моделирования процесса функционирования орбитальной группировки космических аппаратов.
Автоматизированное устройство формирования облика орбитальной группировки космических аппаратов содержит также блок 6 оценки стоимости функционирования орбитальной группировки космических аппаратов, вход которого соединен с первым выходом блока 3 имитационного моделирования процесса функционирования орбитальной группировки космических аппаратов, а выход соединен с четвертым входом блока 5 формирования облика орбитальной группировки космических аппаратов, блок 7 оценки качества космической информации, вход которого соединен со вторым выходом блока 3 имитационного моделирования процесса функционирования орбитальной группировки космических аппаратов, а выход соединен с пятым входом блока 5 формирования облика орбитальной группировки космических аппаратов, и блок 8 оценки рисков функционирования орбитальной группировки космических аппаратов, вход которого соединен с третьим выходом блока 3 имитационного моделирования процесса функционирования орбитальной группировки космических аппаратов, а выход соединен с шестым входом блока 5 формирования облика орбитальной группировки космических аппаратов.
Устройство содержит элементы, охарактеризованные на функциональном уровне, и описываемая форма их реализации предполагает использование, в частности, программируемых (настраиваемых) многофункциональных средств, поэтому ниже при описании работы устройства представляются сведения, подтверждающие возможность выполнения такими средствами конкретной предписываемой ему в составе данного устройства, включая необходимые математические соотношения.
Работает автоматизированное устройство формирования облика орбитальной группировки космических аппаратов следующим образом.
В блок 1 ввода данных о требованиях к получаемой космической информации, в блок 2 ввода данных о прогнозных условиях функционирования группировки и в блок 4 ввода данных показателей качества космических аппаратов предварительно или периодически в процессе работы устройства вводятся данные, характеризующие требования к качеству информации (например, требования по периодичности и достоверности (качеству) изображений наблюдаемых участков земной поверхности), прогнозные условия функционирования группировки (например, объемы финансирования и прогнозы возможности поддержания и усиления группировки), а также показатели качества космических аппаратов (например, значения показателей надежности космических аппаратов, характеризующих такие свойства, как их безотказность, долговечность и сохраняемость, и значения показателей назначения, характеризующих эффект применения космических аппаратов по назначению в конкретных условиях (ГОСТ 22851-77 «Выбор номенклатуры показателей качества промышленной продукции. Основные положения»).
На основе данных, введенных в блоки 1, 2 и 4, в блоке 5 формирования облика орбитальной группировки космических аппаратов вначале производится генерация начального облика группировки, в частности, количественного состава космических аппаратов, их типов, параметров орбит, при которых выполняются требования к орбитальной группировке в соответствии с введенными данными.
Далее в блоке 3 имитационного моделирования процесса функционирования орбитальной группировки космических аппаратов, например, производится расчет пространственно-временных характеристик движения космических аппаратов, позволяющих провести оценивание качества получаемой космической информации, стоимости и рисков функционирования орбитальной группировки.
Оценка рисков производится в блоке 8 риски на основании данных, полученных по результатам анкетирования специалистов (экспертов) по вопросам анализа рисков, связанных с возможным изменением требований к организации космической деятельности (финансирования проектов, сроков выполнения проектов и т.п.), что позволяет сформировать возможность возникновения неблагоприятных последствий при планировании (проектировании) космической деятельности. В простейшем случае эти данные и соответствующие им сценарии задаются параметрически, например, в виде электронных таблиц.
Оценка качества получаемой космической информации производится в блоке 7, где производится расчет показателей, например, периодичности обзора заданного участка местности, общей площади объектов наблюдения, вероятности обнаружения заданных объектов и т.д., что позволяет оценить качество получаемой информации при соответствующем облике орбитальной группировки космических аппаратов. В простейшем случае расчеты производятся параметрически, например, с использованием электронных таблиц.
В блоке 6 производится оценка стоимости функционирования (эксплуатации) орбитальной группировки космических аппаратов путем расчета затрат на эксплуатацию орбитальной группировки космических аппаратов заданного состава.
Результаты расчетов поступают в блок 5, где на основе полученных значений показателей качества информации, стоимости и рисков функционирования группировки производится уточнение параметров орбитальной группировки и режимов функционирования космических аппаратов, после чего проводится повторное моделирование и расчет показателей. Процесс повторяется итерационно до прекращения улучшения значений показателей качества информации, стоимости и рисков функционирования группировки. Для этого могут быть использованы различные подходы и критерии, например, из условия обеспечения максимума значения главного показателя (например, по качеству информации) при ограничениях на заданные риски и максимально допустимые значения по стоимости. В этом случае итерационный процесс формирования облика в блоке 5 прекращается, если на последующем шаге (на последующих шагах) не происходит улучшение показателей, подаваемых на его вход.
В результате в блоке 5 формируется наилучший из возможных вариантов облика орбитальной группировки космических аппаратов при заданных исходных данных и интервалах их возможных изменений.
Таким образом, благодаря усовершенствованию известного устройства достигается требуемый технический результат, заключающийся в повышении точности устройства применительно к формированию облика орбитальной группировки космических аппаратов, поскольку при формировании облика учитывается более полный комплекса факторов, характерных для проектов, осуществляемых в процессе космической деятельности (по комплексному показателю, позволяющему учитывать качество информации, стоимость эксплуатации и риски функционирования группировки), что обеспечивается реализацией более широких функциональных возможностей устройства.