Схема бортового комплекса для наземной отработки спутника на испытательном стенде с системой обезвешивания

Полезная модель относится к космическому машиностроению, а именно к наземному оборудованию для космических кораблей. В процессе разработки космических аппаратов иногда возникает необходимость начать экспериментальную отработку системы ориентации и исполнительных органов раньше, чем появляется полный комплект бортового оборудования, необходимый для функционирования этой системы. При этом тестирование самой системы управления и исполнительных органов может производиться в специализированном испытательном стенде с системой обезвешивания, что подразумевает отсутствие любых кабельных соединений между бортовым комплексом и внешним оборудованием.
Известно несколько вариантов проведения испытаний с учетом заданных ограничений:
1. Проведение испытаний с установкой кабельных соединений, по которым задаются имитирующие недостающие бортовые устройства сигналы. При этом полноценное использование системы обезвешивания не возможно.
2. Проведение ограниченной номенклатуры испытаний.
3. Установка логических имитаторов отсутствующих устройств, при этом имитируемый параметр четко задан и не поддерживает учета влияния внешней связи.
Таким образом, существующие в настоящее время методики полного тестирования бортовых систем, в том числе систем ориентации и непосредственно исполнительных органов на специализированных стендах с системой обезвешивания, возможны только при полной комплектации разрабатываемого аппарата штатным набором бортового оборудования, что не всегда возможно.
Аналогом заявляемой полезной модели является классическая схема полностью укомплектованного бортового комплекса аппарата с классической кабельной сетью [Журнал "Проблемы управления", выпуск № 3/2004, с. 63], испытания такого бортового комплекса могут проводиться только на стационарном или частично подвижном испытательном стенде, который кабельными линиями подсоединяется к штатной бортовой информационной шине, например, шине МКО [Журнал Вестник Сибирского государственного аэрокосмического университета им. академика М.Ф. Решетнева, Выпуск №2/2010, с. 93]. Такой подход уместен по причине стационарной отработки аппарата вне системы обезвешивания.
Задача, решаемая полезной моделью, заключается в создании технической возможности беспроводного обмена информацией между устройствами бортового комплекса спутника (подключенными к информационной шине бортового комплекса), находящегося в испытательном стенде с системой обезвешивания, и программными имитационными моделями отсутствующего в бортовом комплексе оборудования, которые функционируют на управляющем компьютере самого испытательного стенда.
Техническим результатом является возможность провести наземные испытания космического аппарата в движении на системе обезвешивания при отсутствии некоторых датчиков или устройств на его борту с их имитацией программным комплексом испытательного стенда при отсутствии кабельных соединений между бортовым комплексом и оборудованием экспериментального стенда.
Заявленный технический результат достигается тем, что в известную схему бортового комплекса, включающую в себя устройства и датчики бортового комплекса, соединенные информационной шиной бортового комплекса, согласно заявляемой полезной модели добавлено отладочное устройство-ретранслятор с двусторонним радиоканалом, предназначенное для обмена данными с управляющим компьютером испытательного стенда с системой обезвешивания.
Отладочное устройство-ретранслятор подключается к одной из стандартизированных бортовых шин обмена информацией и обеспечивает:
a) Передачу по собственному радиоканалу с борта на управляющий компьютер стенда всей информации и команд, адресованных физически отсутствующим на борту устройствам. Эта информация обрабатывается программным комплексом имитационной модели, установленным на управляющем компьютере, и обратно на борт выдаются штатные сигналы или команды от физически отсутствующего устройства.
b) Передачу по собственному радиоканалу с управляющего компьютера, на котором установлена имитационная модель орбитального полета, сигналов с датчиков (например, датчиков пространственной ориентации, или датчиков освещенности), соответствующих состоянию для реального орбитального полета, при том, что физические датчики находятся в отключенном или не активном состоянии.
Ключевой особенностью данного подхода к испытаниям является тот факт, что бортовой комплекс и отдельные его системы функционируют в абсолютно штатном режиме за счет полной идентичности команд и управляющих сигналов для физически действующих элементов бортового комплекса и устройств, сигналы которых генерирует имитационная модель на управляющем компьютере стенда.
Реализация описанной технической возможности обеспечивается введением в состав бортового комплекса космического аппарата специального отладочного устройства-ретранслятора, связанного беспроводным каналом с управляющим компьютером испытательного стенда. Устройство подключается к одной из стандартизированных шин обмена информацией в космическом аппарате и производит двусторонний обмен информацией между бортовой шиной и имитационной моделью отсутствующего устройства космического аппарата.
Заявляемая полезная модель поясняется рисунками:
Схема обработки сигналов бортовой шины отладочным устройством-ретранслятором представлена на фиг. 1. Стрелки на схеме, выполненные пунктирными линиями, обозначают беспроводной канал передачи данных. На схеме обозначены:
1, 2, 3 - физически присутствующие штатные устройства и/или датчики бортового комплекса космического аппарата;
4 и 5 - штатные устройства бортового комплекса, которые в данный момент отсутствуют или не могут функционировать и требуется имитация их работы;
6 - бортовая цифровая вычислительная машина;
7 - внешние датчики стенда, контролирующие динамические параметры движения аппарата в системе обезвешивания;
8 - управляющий компьютер стенда, задающий режим эксперимента;
9 и 10 - программные имитационные модели, которые на основе данных от датчиков стенда (7) и режима эксперимента, задаваемого компьютером стенда (8), имитируют штатную работу бортовых устройств (4 и 5);
11 - информационная шина бортового комплекса, представляющая собой кабельную сеть, объединяющую бортовые устройства;
12 - отладочное устройство-ретранслятор, обеспечивающее имитацию физического присутствия и штатной работы на борту космического аппарата устройств, функционирующих в виде имитационных моделей на управляющем компьютере стенда.
13 - не полностью укомплектованный бортовой комплекс космического аппарата, смонтированный в штатном корпусе космического аппарата.
14 - испытательный стенд с системой обезвешивания для обработки космических аппаратов.
На фиг. 2 изображена схема обмена информацией при проведении экспериментальной отработки.
Функционирование данного устройства происходит в режиме реального времени в строгом соответствии с протоколом обмена данными для данного вида информационной шины (11). Отладочное устройство-ретранслятор (12) передает в имитационную модель (10) на управляющем компьютере (8) стенда все запросы и команды из бортовой информационной шины (11), адресованные бортовой цифровой вычислительной машиной (6) или другими устройствами (1-3) к датчику (4) (в рассматриваемом примере - магнитометру), затем имитационная модель обрабатывает полученную информацию из бортовой шины, а также от штатных датчиков испытательного стенда и его программного комплекса (в рассматриваемом примере - фактическое положение аппарата относительно системы координат, привязанной к магнитным полюсам), и возвращает в бортовую шину ответ с информацией, идентичной ответу реального датчика для текущих условий имитирующегося полета.