Методика расчета показателей эффективности системы управления полетом космических аппаратов

УДК 621.314.5 doi: 10.18698/0536-1044-2019-11-55-65

Методика расчета показателей эффективности системы управления полетом космических аппаратов

И.Н. Пантелеймонов1, А.Ю. Потюпкин1, В.М. Траньков1, А.В. Пантелеймонова2, В.В. Филатов3, В.В. Тодуркин4

1 АО «Российские космические системы»

2 ГОУ ВО Московской области «Московский государственный областной университет»

3 АО «НПК СПП»

4 Санкт Петербургский техникум железнодорожного транспорта — структурное подразделение ФГБОУ ВПО Петербургский государственный университет путей сообщения им. Александра 1

Methods of Calculation of Performance Indicators of Spacecraft Flight Control Systems

I.N. Panteleymonov1, A.Y. Potyupkin1, V.M. Trankov1, A.V. Panteleymonova2, V.V. Filatov3, V.V. Todurkin4

1 AO Russian Space Systems

2 State Educational Institution of Higher Education of Moscow region — Moscow State Regional University

3 AO NPK SPP

4 Federal State Budgetary Educational Institution of Higher Professional Education — Emperor Alexander I St. Petersburg State Transport University

Разработана методика оценки эффективности систем управления космическими аппаратами в полете. Введены, обоснованы и рассчитаны на примерах критерии эффективности управления космическими аппаратами. В качестве основных критериев эффективности заданы доступность бортовой аппаратуры, оперативность управления ею, трудозатраты на подготовку и проведение сеансов связи и управления, надежность системы связи. Для примера проведены расчеты критериев эффективности космических систем, управляемых без применения и с применением спутников-ретрансляторов. Дан сравнительный анализ различных подходов к реализации систем управления космическими системами в полете. Предложенная методика дает разработчику космических систем инструмент оценки эффективности систем управления ими в полете.

Ключевые слова: сеанс связи и управления, космический аппарат, центр управления полетом, система управления полетом, командно-измерительная станция, бортовая аппаратура

The article examines the problem of developing methods for evaluation of the effectiveness of space systems in flight. The criteria of spacecraft control efficiency are introduced, justified and calculated on examples. The accessibility and operational efficiency of onboard instrumentation, labour costs associated with the preparation and execution of communication and control sessions as well as reliability of communication systems are set as the main criteria of efficiency. As an example, the criteria of efficiency of space systems controlled with and without relay satellites are calculated. A comparative analysis of various approaches to the realization of space system in-flight control is performed. The developed methods can be used as a tool to evaluate the efficiency of space system in-flight control.

Keywords: communication and control session, spacecraft, mission control center, flight control system, command-measuring station, on-board equipment

Проведение системного анализа существующих и вновь создаваемых систем — важный этап системного проектирования. Для существующей системы такой анализ проводят с целью выявления недостатков и уязвимостей, а для вновь создаваемой системы — чтобы подтвердить успешное решение задачи устранения обнаруженных недостатков и уязвимо-стей, присущих системе, находящейся в эксплуатации.

Системный анализ систем основан на анализе конкретных параметров. Инструментом оценки эффективности их функционирования служит решение задачи сравнения заданных критериев эффективности. Одной из основных задач системного анализа систем является оценка эффективности их работы, главной составляющей которой является определение эффективности системы управления.

Цель работы — разработка математического аппарата расчета эффективности системы управления полетом космических аппаратов (КА) на основе заданных критериев.

Задание показателей эффективности системы управления полетом КА. К показателям качества системы управления КА и наземного автоматизированного комплекса управления относятся [1-4]: глобальность, непрерывность, оперативность, точность прогноза движения на момент решения целевых задач, надежность управления КА, производительность и пропускная способность.

Предлагаемая методика расчета показателей эффективности системы управления полетом КА задает порядок расчета и анализа непрерывности, оперативности, надежности управления и производительности.

Непрерывность связана с доступностью объекта управления в течение срока эксплуатации. Для ее оценки выбран критерий доступности, определяемый коэффициентами доступности оператора центра управления полетами (ЦУП) к бортовой аппаратуре (БА) КА и прерывности связи.

Оперативность зависит от задержки (времени реагирования) на получение информации о состоянии (телеметрии) объекта управления, принятие решения и доведение управляющих воздействий до объекта управления. В качестве критерия оценки оперативности выбрано время оперативного реагирования.

Надежность управления КА определяется вероятностью установления связи и вероятностью невхождения в связь.

Производительность оценивается с помощью одного из ее основных критериев — трудозатрат на подготовку и проведение сеансов управления и связи, так как снижение затрат на развертывание и эксплуатацию системы управления — важный фактор повышения рентабельности.

Расчет показателей доступности БА КА для контроля и управления оператором центра управления полетом (ЦУП) орбитальной группировки (ОГ).

Средняя продолжительность сеансов связи (СС) в течение одного витка определяется выражением

ТСС = ТСс ^¿вС, мин,

где Т/Сс — продолжительность одного СС в течение одного витка; N¿0 — количество СС в течение одного витка.

Коэффициент доступности оператора ЦУП (связи) к БА в течение одного витка

с = ^ , %,

T

1 в

где Тв — продолжительность одного витка.

Средняя продолжительность перерывов связи в течение одного витка

Хп1в = Хв — ТСС, мин.

Коэффициент прерывности связи с БА в течение одного витка

кЛс =100 — к1в, %.

Коэффициент доступности витков (коэффициент, показывающий количество витков, на которых устанавливалась связь с БА) в течение одних суток

ив=«У00. , %

N в

где Nвсс — количество витков в течение одних суток, на которых устанавливалась связь; — количество витков в течение одних суток.

Коэффициент витковой прерывности (коэффициент, показывающий количество вит-

ков, на которых отсутствует связь) в течение одних суток

=100- кДв, %.

Среднее время установления связи в течение одних суток

Т1с = ТСС мин,

где N вс — среднее количество витков в течение одних суток.

Коэффициент доступности связи (коэффициент, показывающий среднюю продолжительность установления связи) в течение одних суток

^ = ,%%,

тг

где Т1с — продолжительность одних суток, Т1с = 1440 мин.

Коэффициент прерывности связи (коэффициент, показывающий среднюю продолжительность отсутствия связи) в течение одних суток

кПс =100- %.

Среднее время ожидания СС в течение одного витка

То1вс = Тв -ТСС, мин.

Максимальное время ожидания СС в течение одних суток

то.сс = NBспTв, мин,

где ^сп — количество витков в течение одних суток, на которых отсутствовала связь.

Для примера в табл. 1 приведены результаты расчета показателей длительности связи с российским сегментом (РС) международной космической станции (МКС) с применением и без применения спутников-ретрансляторов (СР) [5-9]. В табл. 1 введены следующие обозначения: ^СС — количество витков в течение одних суток, на которых есть СС; ЛТСС — рост средней продолжительности СС в течение одного витка; Тс1с, ЛТс1с — средняя продолжительность СС в течение одних суток и ее рост.

Для примера в табл. 2 приведены результаты расчета показателей доступности РС МКС к проведению СС с применением и без применения СР [5-9]. Здесь введены следую-

Таблица 1

Расчетные значения показателей длительности связи с РС МКС

Режим работы N сС N вСс N вс Т1в Т1СС, мин Т1в ТСС, мин ЛТСС, % Т мин Тс1с, мин ЛТс1с, %

Без применения СР 2 10 16 10 20 - 90 200 -

С применением СР 1 16 16 90 90 77,8 90 1440 86,1

Таблица 2

Расчетные значения показателей доступности РС МКС к проведению СС

Режим работы к1в кд.с Лкдвс к1с кд.с Лкдс к1с ^д.в Лкдсв

%

Без применения СР 22,2 - 13,9 - 62,5 -

С применением СР 100,0 78,0 100,0 86,0 100,0 38,0

Таблица 3

Расчетные значения показателей прерывности связи с РС МКС

Режим работы рв кп.с Лкпвс рс кп.с Лкпсс к1с п.в Лкпсв

%

Без применения СР 77,8 - 86,1 - 37,5 -

С применением СР 0 78,0 0 86,0 0 38,0

щие обозначения: Акдвс и Ак^Сс — рост коэффициента доступности связи в течение одного витка и одних суток, %; АкДсв — рост коэффициента доступности витков в течение одних суток, %.

Для примера в табл. 3 приведены результаты расчета показателей прерывности связи с РС МКС с применением и без применения СР [5-9]. Здесь введены следующие обозначения: АкЛс — рост коэффициента прерывности связи с БА КА в течение одного витка, %; А^Лв — рост коэффициента витковой прерывности в течение одних суток; Ак^с — рост коэффициента прерывности связи с БА КА в течение одних суток, %.

Расчет показателей оперативности управления БА КА оператором ЦУП. Показателем оперативности управления БА КА оператором ЦУП является время оперативного реагирования

Топер = ТпрмТМИ + ТаналТМИ + ТпланКПИ

+ ТвыдУВ ,

где ТпрмТМИ — время, затраченное на получение информации о состоянии БА КА, мин; ТаналТМИ — время проведения анализа телеметрической информации (ТМИ), мин; ТпланКПИ — время составления (планирования) командно-программной информации (КПИ), мин; Твыдув — время выдачи управляющих воздействий (УВ).

Для примера в табл. 4 приведены результаты расчета показателей оперативности управления РС МКС с применением и без применения СР [5-9]. Здесь введены следующие обозначения: ТвыдУВ — среднее время выдачи УВ текстовом и графическом режимах; АТопер — рост времени оперативного реагирования.

Расчет показателей трудозатрат на подготовку и проведение СС и управления. В общем случае трудозатраты (ТЗ) определяются выражением

АтЗ = NперсТз , чел./ч,

где N перс — количество задействованного персонала; Тз — время, затраченное на производство работ.

Вычисление показателей ТЗ целесообразно осуществлять в масштабе одних суток, так как программа работ задается на одни сути, и они ведутся одним дежурным расчетом в течение одних суток.

Трудозатраты на подготовку и проведение СС в течение одних суток

АТЗ = Дподг + Дгров, чел./ч,

где Ап,дг — ТЗ на подготовку СС в течение одних суток; А,пров — ТЗ на проведение СС в течение одних суток.

Расчет показателей ТЗ на подготовку СС и управления. Трудозатраты на подготовку к проведению работ по КА определяются выражением

Аподг = Або + Апл, чел./ч.

Здесь Або — ТЗ на расчет баллистического обеспечения (БО); Апл — ТЗ на планирование работ,

Апл = Апл.д + Апл, чел./ч,

где Апл д — ТЗ на долгосрочное планирование работ; А1псл — ТЗ по планированию работ на одни сутки,

Апл.д = АплСАС + А

1г + Апм + Апн, чел./ч,

где Аплсас, Апл, Апм и А^ — ТЗ по планиро-

1м и А 1н пл и Апл

ванию работ на весь срок активного существования (САС), на один год, один месяц и одну неделю соответственно.

Трудозатраты по планированию работ на одни сутки

А 1с = А 1с + А 1с п^ _ ^ПЗС КПО •

Таблица 4

Расчетные значения показателей оперативности управления РС МКС

Режим работы ТпрмТМИ, мин ТаналТМИ, мин ТпланКПИ, мин Хтекст 1 выдУВ, с Т граф 1 выдУВ, с Т 1 опер > мин А1опер, %

Без применения СР 80 540 30 30 0 0 6 6 5 5 110 570 -

С применением СР 0 0 о 1 о го| со 10 10 6 6 5 5 10 10 90,9 98,2

Примечание. В числителе дроби указаны значения для полета КА над территорией РФ, в знаменателе — за пределами РФ.

Здесь АПЗс — ТЗ на составление плана задействования средств (ПЗС) в течение одних суток; АКПо — ТЗ на задание командно-программного обеспечения (КПО) в течение одних суток,

акпо = асрк + АВиУ, чел./ч,

где АСсРК — ТЗ на составление списка разовых команд (СРК) для командно-измерительных станций (КИС) в течение одних суток; АВПу — ТЗ на создание временной программы управления (ВПУ) работой БА в течение одних суток.

Трудозатраты на подготовку к проведению СС в течение одних суток определяются выражением

Аподг = Апл + АБо , чел./ч.

Здесь Апл — ТЗ по планированию работ на одни сутки; АБО — ТЗ на расчет БО в течение одних суток,

АБсО = АНУ + АЗрВ + АЦУ + Аоткл, чел./ч,

где АНсУ, АЗсРВ, АЦУ — ТЗ на расчет начальных условий (НУ), зон радиовидимости (ЗРВ) командно-измерительного пункта, целеуказаний (ЦУ) для антенных систем КИС и отклонений в течение одних суток соответственно.

Кроме того, не чаще одного раз в месяц появляются ТЗ на расчет прогноза зон освещенности (ПЗО) АПЗО и один раз в три месяца — ТЗ на расчет маневрирования Ам, т. е. дополнительные ТЗ на расчет баллистического обеспечения

АдопБО = Апзо + Ам, чел./ч.

Трудозатраты на расчет СРК в течение одних суток

аСрк = ^¿сАСР<К, чел.Я

где ^СсС — количество СС в одних сутках; АСК — ТЗ по составлению СРК на один СС.

ВПУ рассчитывается, как правило, один раз в сутки, и ТЗ на ее создание АВсПУ определяются выражением

Авпу = АВсПСлА + АВсПСпА, чел./ч,

где АВспСлА и АВспСпА — ТЗ на создание временной программы управления работой служебной (ВПСлА) и специальной (ВПСпА) аппаратуры.

Среднее время, затраченное на составление ПЗС в течение одних суток,

ТИзс = ^ТИСС, мин.

Здесь ТПСС — среднее время, затраченное на составление ПЗС в течение одного СС,

Таблица 5

Результаты расчета затрат на подготовку к проведению сеансов управления РС МКС

без применения СР

Параметр Составление Расчет БО Подготовка к проведению СС

ПЗС СРК ВПСлА ВПСпА ВПУ

Количество персонала, чел. 2 2 2 2 2 2 12

Количество СС в одних сутках 10 10 1 1 1 - -

Количество КА - - 6 6 6 6 -

Количество задействованных КИС и ЗС в одном СС 6 - - - - - -

Количество задействованных КИС в одном СС - 2 - - - - -

Среднее время, затраченное на один КА - - 60 60 120 180 -

Среднее время, затраченное на все КА - - 360 360 720 180 900

Среднее время, затраченное на одну КИС или ЗС 1 - - - - - -

Среднее время, затраченное на одну КИС в одном СС - 30 - - - - -

Среднее время, затраченное на все КИС на всех СС 60 600 - - - - 600

Трудозатраты, чел./мин чел./ч 120 2 1200 20 720 12 720 12 1440 24 360 6 4560 76

Т1СС _ *т1ССт1ЗС 1ПЗС _1ЧЗС 1ПЗС'

где NЗСС — количество задействованных земных станций (ЗС) в течение одного СС; ^Лзс — среднее время, затраченное на составление ПЗС одной ЗС в течение одного СС.

Среднее время, затраченное на составление СРК в течение одних суток,

ТСРк = ^СТС££, мин.

Здесь ТСС — среднее время, затраченное на составление СРК для КИС в течение одного СС,

Т1СС _ \71СС Т"1КИС 1СРК _ 14 КИС 1СРК ,

мин,

где ^ис — количество задействованных КИС в одном СС; ТСКИС — среднее время, затраченное на составление СРК для одной КИС.

Среднее время, затраченное на создание ВПУ в течение одних суток

ТВПУ = ТВПСлА + ХвПСпЛ , мин,

где Твпсла и Твпспа — среднее время, затраченное на составление ВПСлА и ВПСпА для одного КА в течение одного СС.

В качестве примера в табл. 5 приведены результаты расчета затрат на подготовку к проведению сеансов управления РС МКС без применения СР, а в табл. 6 — с применением СР [5-9].

Расчет показателей трудозатрат на проведение сеансов связи и управления. Трудозатраты на проведение СС в течение одних суток

Апров _ Апров Nсcс, чел./ч.

Здесь АпС°в — ТЗ на проведение одного СС, Ап<р°в = А-Ор + АТ°МИ, чел./ч,

пров

ТМИ

где АОр — ТЗ на проведение оперативной работы (ОР); АТМСИ — ТЗ на анализ ТМИ.

Трудозатраты на проведение оперативной работы в одном СС

А 1СС _ А 1СС + А 1СС + А 1СС чел /ч АОР _ АКПИ + АупрЗС АанТМИ, чел./ч.

ЖПИ

упрЗС

анТМИ >

Здесь АКПи — ТЗ на выдачу КПИ на БА КА; АуСрЗс — ТЗ на управление работой ЗС по приему ТМИ, измерению текущих навигационных параметров (ИТНП) и приему/передаче другой информации; А1СТМИ — ТЗ на анализ ТМИ и подготовку предложений по изменению СРК.

Трудозатраты на выдачу КПИ на БА КА в одном СС

А1СС _ А1КИС М 1СС чел/ч АКПИ -АКПИ МКИС, чел./ч,

где АККПИИС — ТЗ на выдачу КПИ одной КИС на БА КА; N КИС — количество задействованных в сеансе связи КИС.

Таблица 6

Результаты расчета затрат на подготовку к проведению сеансов управления РС МКС

с применением СР

Составление Расчет БО 2 о

Параметр ПЗС плана работ ВПСлА ВПСпА ВПУ * 2 и § 2  те 2 н й 8 £ о Пр

Количество персонала, чел. 0 2 2 2 2 2 10

Количество СС в одних сутках 0 1 1 1 1 - -

Количество КА - 6 6 6 6 6 -

Количество задействованных КИС/ЗС в одном СС 0 3 - - - - -

Количество задействованных КИС в 1 СС - 2 - - - - -

Продолжительность 1 СС - 1440 - - - - -

Среднее время, затраченное на 1 КА - 30 30 60 90 180 -

Среднее время, затраченное на все КА - 180 180 360 540 180 720

Трудозатраты,

чел./мин 0 360 360 720 1080 360 2880

чел./ч 0 6 6 12 18 6 48

Таблица 7

Расчетные значения затрат на проведение сеансов управления РС МКС

Параметр Выдача КПИ Управление ЗС Анализ ТМИ Проведение СС

Количество персонала ^ерс, чел. 2/2 2/1 2/2 -/5

Количество СС в одних сутках N ¿Сс 10/4 10/1 10/2 -

Количество ЗС в одном СС N ЗСС - 6/3 - -

Количество задействованных КИС в одном СС N КИС; 2/1 - - -

Количество потоков ТМИ в одном СС ^СтГМИ -/4 - 4/4 -

Среднее время проведения одного СС Т1сс, мин 10/360 10/10 - -

Среднее время анализа одного потока ТМИ ТМИ, мин - - 30/5 -

Среднее время проведения всех СС в течение одних суток ТСС , мин 100/1440 100/1440 1200/1440 -

Трудозатраты АПсЗС, чел./мин (чел./ч) 200/2880 3,3/48,0 200/1440 3,3/24,0 2400/2880 40,0/48,0 2800/7200 46,7/120,0

Примечание. В числителе дроби указаны значения без применения СР, в знаменателе — с применением СР.

Трудозатраты на управление работой ЗС по приему ТМИ, измерению ИТНП и приему/передаче другой информации в одном СС

АуСрСзС = АупСNЗСС, чел./ч.

Здесь АупС — ТЗ на управление работой одной ЗС; N ЗСС — количество ЗС в одном СС.

Трудозатраты на анализ ТМИ и подготовку предложений по изменению СРК в одном СС

Л1СС _ Л 1пот лт1СС анТМИ — анТМИ потТМИ >

где А1пТМи — ТЗ на анализ одного потока ТМИ; ^ССТМИ— количество потоков ТМИ, принимаемых в одном СС.

Следует отметить, что работы по обработке результатов ИТНП включены в перечень мероприятий по подготовке к проведению СС как расчет БО.

Показателями временных затрат на выполнение СС являются среднее время проведения одного сеанса связи Т1СС, среднее время выполнения анализа одного потока ТМИ ТМИ и среднее время проведения всех СС в течение одних суток ТСС = Т1СС N¿0.

Для примера в табл. 7 приведены результаты расчета затрат на проведение сеансов управления РС МКС с применением и без применения СР [5-9].

Итоговый расчет показателей трудозатрат на подготовку и проведение сеансов

связи и управления. Суммарные затраты на подготовку и проведение сеансов управления и связи по РС МКС без применения и с применением СР приведены в табл. 8 [5-9].

Анализ результатов расчетов ТЗ в течение суток показывает, что суммарные трудозатраты при применении СР растут на 27 %, а общее количество задействованного персонала уменьшается на 16,7 %, причем персонал дежурной смены задействован более равномерно.

Расчет показателей надежности системы связи. При пролете КА над зоной радиовидимости ЗС вероятность установления связи в радиолинии Земля — борт (фидерной линии связи — ФЛС) рф должна быть не менее 0,9. Тогда вероятность невхождения в связь

Таблица8

Суммарные затраты на подготовку и проведение сеансов управления и связи по РС МКС

Этап сеансов управления и связи Количество персонала, чел. Трудозатраты, чел./ч

Подготовка 12/10 76,0/48,0

Проведение 6/5 46,7/120,0

Всего 18/15 122,7/168,0

Изменение, % 16,7/- -/27,0

Примечание. В числителе дроби указаны значения без применения СР, в знаменателе — с применением СР.

Таблица 9

Значения вероятности установления связи без применения ОГ СР

Местоположение Количество Р

КА ЗС q

За пределами РФ 0 1 0

Над территорией 1 0,1 0,9

РФ 2 0,01 0,99

3 0,001 0,999

4 0,0001 0,9999

Таблица 10

Значения вероятности установления связи с применением ОГ ГСР

Местоположение КА Количество ЛС q Р

ФЛС МЛС Общее

За преде- 0 1 1 0,1 0,9

лами РФ 0 2 2 0,01 0,99

© О! 1 1 2 0,01 0,99

1 2 3 0,001 0,999

=3 3 2 1 3 0,001 0,999

о 2 2 4 0,0001 0,9999

н 3 1 4 0,0001 0,9999

3 2 5 0,00001 0,99999

£ к 4 1 5 0,00001 0,99999

4 2 6 0,000001 0,999999

qф _ 1 -Рф _ 1 -0,9 _ 0,1.

При пролете КА над территорией РФ связь с ним на одном и том же витке могут установить не менее одной и не более четырех ЗС.

Таблица 11

Вероятность невхождения в связь qф при пролете КА над N ЗС определяется как

N

р _1 -№.

г _1

При г = 4 р4 _ 1 - qlq2 qз q^.

Результаты расчета вероятности установления связи в ФЛС в зависимости от количества ЗС приведены в табл. 9 [7, 8].

Из табл. 9 видно, что количество девяток после запятой у значений вероятности установления связи равно количеству имеющихся линий связи.

При наличии ОГ геостационарных спутников-ретрансляторов (ГСР) КА на любом участке траектории полета может установить связь не менее чем с одним СР и не более чем с двумя ближайшими СР. Таким образом, имеются дополнительно одна-две линии связи с КА.

Результаты расчета вероятности установления связи с КА в зависимости от количества линий связи (ЛС) с применением ОГ ГСР приведены в табл. 10 [7, 8], где МЛС — межспутниковые ЛС.

При наличии ОГ низко- (НСР) или среднеорбитальных спутников-ретрансляторов (ССР) КА на любом участке траектории полета может установить связь с четырьмя ближайшими СР. Таким образом, дополнительно имеются четыре ЛС с КА.

Результаты расчета вероятности установления связи с КА в зависимости от количества ЛС с применением ОГ ССР или НСР приведены в табл. 11 [7, 8].

Результаты расчета вероятности установления связи с применением ОГ ССР или НСР

Местоположение КА Количество ЛС q Р

ФЛС МЛС Общее Значение Рост, %

За пределами РФ 0 1 1 0,1 0,9 100

0 2 2 0,01 0,99 100

Над территорией РФ 1 1 2 0,01 0,99 9,09090909

1 2 3 0,001 0,999 9,90990991

2 1 3 0,001 0,999 0,90090090

2 2 4 0,0001 0,9999 0,99009901

3 1 4 0,0001 0,9999 0,09000900

3 2 5 0,00001 0,99999 0,09900099

4 1 5 0,00001 0,99999 0,00900009

4 2 6 0,000001 0,999999 0,00990001

Таблица 13

Динамика роста показателей эффективности систем управления и связи

Таблица 12

Результаты итогового сравнения показателей эффективности систем управления и связи

Режим работы % к,сс, % Топер, мин АТз, чел./ч N перс, чел. ртш ртах

Без применения СР 22,2 22,2 13,9 13,9 110 570 122,7 122,7 ОО | 00 09 0 0,9999 0

С применением СР 100 100 100 100 10 10 168 168 15 15 0,990,9 0,99999999 0,9999

Примечание. В числителе дроби указаны значения для полета КА над территорией РФ, в знаменателе — за пределами РФ.

Режим работы Изменение показателей эффективности

ктс, % кпсс,% Топер, мин АТЗ, чел./ч ^ерс, чел. ртт ртах

Без применения СР - - - - 16,7 16,7 - -

С применением СР 77,8 77,8 88 11 90,9 98,2 27 27 - 0,0099000099 100 0,99009901 100

Примечание. В числителе дроби указаны значения для полета КА над территорией РФ, в знаменателе — за пределами РФ.

Анализ результатов расчета показывает, что применение ОГ СР гарантирует установление связи на всей траектории полета КА с вероятностью не менее 0,9, а использование ОГ ССР или НСР — с вероятностью не менее 0,9999.

Сравнительный анализ эффективности космических систем. Анализ выполним с использованием рассмотренных показателей эффективности на примере сравнения систем связи и управления полетом МКС без применения и с применением СР.

Результаты итогового сравнения показателей эффективности систем управления и связи без применения и с применением СР приведены в табл. 12, а динамика роста показателей эффективности систем управления и связи — в табл. 13 [5-9]. Здесь введены следующие обо-

Литература

значения: ртт и ртах — минимальная и максимальная вероятность безотказной работы.

Выводы

1. Предложенная методика дает возможность оценивать эффективность систем управления космическими системами в полете и может быть полезной при их разработке.

2. Выбранные показатели эффективности позволяют проводить сравнительный анализ систем управления КА космических систем.

3. Приведенные в тексте примеры наглядно показывают применимость предлагаемой методики оценки для сравнения систем управления КА.

4. Разработан оригинальный и простой математический аппарат расчета критериев эффективности систем управления КА.

[1] Макаренко Д.М., Потюпкин А.Ю. Системный анализ космических аппаратов. Москва,

МО РФ, 2007. 331 с.

[2] Васильев В.В., Потюпкин А.Ю. Особенности оценивания состояния сложных систем.

Москва, ВА РВСН, 2005. 255 с.

[3] Павлов В.М. Методические основы системных исследований военно-космических

средств. Москва, РВСН, 1998. 235 с.

[4] Васильев В.В., Резвецов Н.Б., Аношкин А.В., Мороз В.И., Куприйчук Д.И., Ромашен-

ко Е.К., Еременко В.А., Дубовик Н.Н. Системный анализ измерительных комплексов. Москва, РВСН, 1994. 500 с.

[5] Васильев В.В., Жданов С.Г., Потюпкин А.Ю. Особенности управления бортовыми си-

стемами летательных аппаратов. Москва, ВА РВСН, 1998. 72 с.

[6] Козлов Д.И., ред. Управление космическими аппаратами зондирования Земли. Компь-

ютерные технологии. Москва, Машиностроение, 1998. 356 с.

[7] Пантелеймонов И.Н. Перспективные алгоритмы управления полетом космического

аппарата. Ракетно-космическое приборостроение и информационные системы, 2014, т. 1, вып. 4, с. 57-68.

[8] Пантелеймонов И.Н., Корниенко В.И. Архитектурные решения построения бортовой

аппаратуры космического аппарата и перспективная методика управления полетом космического аппарата с применением сетевых технологий. Ракетно-космическое приборостроение и информационные технологии. Актуальные проблемы ракетно-космического приборостроения и информационных технологий. Сб. тр. VII Всерос. науч.-техн. конф., Москва, 2-4 июня 2015 г., Москва, АО «РКС», 2015. 584 с.

[9] Пантелеймонов И.Н., Скрыль О.А. О развитии систем передачи информации ко-

мандно-измерительного комплекса при управлении Российским сегментом МКС (к 20-летию МКС). Сб. тез. XLIII академических чтений по космонавтике, посвященных памяти академика С.П. Королёва и других выдающихся отечественных ученых — пионеров освоения космического пространства, Москва, 29 января-1 февраля 2019. В 2 т. Т. 1. Москва, Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, с. 21.

References

[1] Makarenko D.M., Potyupkin A.Yu. Sistemnyy analiz kosmicheskikh apparatov [Spacecraft

system analysis]. Moscow, VA RVSN publ., 2007. 331 p.

[2] Vasil'yev V.V., Potyupkin A.Yu. Osobennosti otsenivaniya sostoyaniya slozhnykh sistem [Fea-

tures of evaluation of the state of complex systems]. Moscow, VA RVSN publ., 2005. 255 p.

[3] Pavlov V.M. Metodicheskiye osnovy sistemnykh issledovaniy voyenno-kosmicheskikh sredstv

[Methodical bases of system researches of military space means]. Moscow, RVSN publ., 1998. 235 p.

[4] Vasil'yev V.V., Rezvetsov N.B., Anoshkin A.V., Moroz V.I., Kupriychuk D.I., Romashen-

ko E.K., Eremenko V.A., Dubovik N.N. Sistemnyy analiz izmeritel'nykh kompleksov [System analysis of measuring systems]. Moscow, RVSN publ., 1994.

[5] Vasil'yev V.V., Zhdanov S.G., Potyupkin A.Yu. Osobennosti upravleniya bortovymi sistemami

letatel'nykh apparatov [Features of control of onboard systems of aircraft]. Moscow, VA RVSN publ., 1998. 72 p.

[6] Upravleniye kosmicheskimi apparatami zondirovaniya Zemli. Komp'yuternyye tekhnologii

[Management of spacecraft earth sensing. Computer technology]. Ed. Kozlov D.I. Moscow, Mashinostroyeniye publ., 1998. 356 p.

[7] Panteleymonov I.N. Perspective Algorithms for Spacecraft Missions Control. Rocket-space

device engineering and information systems, 2014, vol. 1, iss. 4, pp. 57-68 (in Russ.).

[8] Panteleymonov I.N., Korniyenko V.I. Architectural solutions building on-Board equipment

of the spacecraft and promising method of flight control of spacecraft with application of network technologies. Raketno-kosmicheskoye priborostroyeniye i informatsionnyye tekhnologii. Aktual'nyye problemy raketno-kosmicheskogo priborostroyeniya i infor-matsionnykh tekhnologiy. Sb. tr. VII Vseross. nauch.-tekhnich. konf. [Rocket and space instrumentation and information technology. Actual problems of rocket and space instrument-making and information technologies. Proceedings of the VII all-Russian scientific and technical conference]. Moscow, 2015, pp. 254-265.

[9] Panteleymonov I.N., Skryl' O.A. On the development of information transmission systems of

the command and measurement complex in the management of the Russian segment of the ISS (to the 20th anniversary of the ISS). XLIII akademicheskiye chteniya po kosmonavtike, posvyashchennykh pamyati akademika S.P. Koroleva i drugikh vydayushchikhsya otechestven-nykh uchenykh — pionerov osvoyeniya kosmicheskogo prostranstva. Sb. tez. [XLIII Academic Space Conference, dedicated to the memory of academician S.P. Korolev and other outstanding national scientists — pioneers of space exploration]. Moscow, vol. 1, p. 21.

Статья поступила в редакцию 21.06.2019

Информация об авторах

ПАНТЕЛЕЙМОНОВ Игорь Николаевич — главный специалист центра спутниковых систем связи. АО «Российские космические системы» (111024, Москва, Российская Федерация, ул. Авиамоторная д. 53, e-mail: panteleymonov@yandex.ru).

ПОТЮПКИН Александр Юрьевич — доктор технических наук, профессор, главный научный сотрудник Ц13. АО «Российские космические системы» (111024, Москва, Российская Федерация, ул. Авиамоторная д. 53, e-mail: Fotin853@mail.ru).

ТРАНЬКОВ Вячеслав Михайлович — начальник проектной группы центра спутниковых систем связи. АО «Российские космические системы» (111024, Москва, Российская Федерация, ул. Авиамоторная д. 53, e-mail: v.trankov@mail.ru).

ПАНТЕЛЕЙМОНОВА Анна Валентиновна — кандидат педагогических наук, доцент кафедры вычислительной математики и методики преподавания информатики. ГОУ ВО Московской области «Московский государственный областной университет» (141014, Москва, Российская Федерация, ул. Радио 10A, ул. Веры Волошиной, д. 24, e-mail: annapant@yandex.ru).

ФИЛАТОВ Владимир Витальевич — главный специалист службы управления проектами и инновационной деятельностью. АО «НПК СПП» (111024, Москва, Российская Федерация, ул. Авиамоторная д. 53, e-mail: noa@bk.ru).

ТОДУРКИН Владимир Владиславович — преподаватель структурного подразделения. Санкт Петербургский техникум железнодорожного транспорта — структурное подразделение ФГБОУ ВПО Петербургский государственный университет путей сообщения им. Александра 1 (191180, Санкт-Петербург, Российская Федерация, ул. Бородинская, д. 6).

Information about the authors

PANTELEIMONOV Igor Nikolaevich — Chief Specialist, Center of Satellite Communication Systems. AO Russian Space Systems (111024, Moscow, Russian Federation, Aviamo-tornaya St., Bldg. 53, e-mail: panteleymonov@yandex.ru).

POTYUPKIN Aleksandr Yurievich — Doctor of Science (Eng.), Professor, Senior Researcher, Ts13. AO Russian Space Systems (111024, Moscow, Russian Federation, Aviamotorna-ya St., Bldg. 53, e-mail: Fotin853@mail.ru).

TRANKOV Vyacheslav Mikhailovich — Head of Project Team, Center of Satellite Communication Systems. AO Russian Space Systems (111024, Moscow, Russian Federation, Aviamotornaya St., Bldg. 53, e-mail: v.trankov@mail.ru).

PANTELEYMONOVA Anna Valentinovna — Candidate of Science (Pedagogy), Associate Professor, Department of Computational Mathematics and Methods of Teaching Computer Science. State Educational Institution of Higher Education of Moscow region — Moscow State Regional University (141014, Moscow, Russian Federation, Radio St., Bldg. 10A, e-mail: annapant@yandex.ru).

FILATOV Vladimir Vitalievich — Chief Specialist, Project Management and Innovation. AO NPK SPP (111024, Moscow, Russian Federation, Aviamotornaya St., Bldg. 53, e-mail: noa@bk.ru).

TODURKIN Vladimir Vladislavovich — Lecturer. St. Petersburg Vocational College of Railway Transport, Division of Federal State Budgetary Educational Institution of Higher Professional Education — Emperor Alexander I St. Petersburg State Transport University (191180, St. Petersburg, Russian Federation, Borodinskaya St., Bldg. 6).

Просьба ссылаться на эту статью следующим образом:

Пантелеймонов И.Н., Потюпкин А.Ю., Траньков В.М., Пантелеймонова А.В., Филатов В.В., Тодуркин В.В. Методика расчета показателей эффективности системы управления полетом космических аппаратов. Известия высших учебных заведений. Машиностроение, 2019, № 11, с. 55-65, doi: 10.18698/0536-1044-2019-11-55-65

Please cite this article in English as: Panteleymonov I.N., Potyupkin A.Y., Trankov V.M., Panteleymonova A.V., Filatov V.V., Todurkin V.V. Methods of Calculation of Performance Indicators of Spacecraft Flight Control Systems. Proceedings of Higher Educational Institutions. Machine Building, 2019, no. 11, pp. 55-65, doi: 10.18698/0536-1044-2019-11-55-65