Проектирование унифицированных модулей приборов бортового комплекса управления космических аппаратов с применением микроконтроллеров

Решетневскуе чтения. 2014

комплекса через конкретизацию основных понятий и терминов теории надежности.

В заключение исследования ожидаемый конечный результат работы:

Типовая технология проведения системного анализа КА и его подсистем как объектов надежности, включающая обоснование показателей надежности, алгоритм выбора выходных параметров, методику определения предельных значений по выходным параметрам, а также установление режимов работы внешних, внутренних факторов и условий эксплуатации.

Структурно-функциональная модель надежности КА. Технология выбора информационных средств оценки надежности КА.

Библиографические ссылки

1. Малыгин Д. В. Универсальная платформа «Синергия» блочно-модульного исполнения // Решетнев-ские чтения : XV Междунар. науч. конф. Красноярск, 2011. С. 377-378.

2. Малыгин Д. В. Универсальная платформа сверхмалого космического аппарата // Материалы

V Всерос. форума студентов, аспирантов и молодых ученых. С. 38-40.

3. Гладкий В. Ф. Прочность, вибрация и надёжность конструкции летательного аппарата. М. : Наука, 1975. 454 с.

4. Dauphin J. Vacuum effects on materials in space. Ingeniur, 1968. Vol. 80, № 49. P. 196-207.

References

1. Maligin D. V. Universal block-modular platform "Synergy" // Reshetnevskie chteniya : XV International Scientific Conference. 2011. C. 377-378.

2. Maligin D. V. Universal platform for nanosatellite // Proceedings of the V All-Russian forum of students and young scientists. C. 38-40.

3. Gladkikh V. F. Strength, vibration and reliability of the aircraft. M. : Nauka, 1975. 454 p.

4. Dauphin J. Vacuum effects on materials in space. Ingeniur. 1968. Vol. 80. № 49. P. 196-207.

© Малыгин Д. В., Сидорова Ю. В., 2014

УДК 536.58

ПРОЕКТИРОВАНИЕ УНИФИЦИРОВАННЫХ МОДУЛЕЙ ПРИБОРОВ БОРТОВОГО КОМПЛЕКСА УПРАВЛЕНИЯ КОСМИЧЕСКИХ АППАРАТОВ

С ПРИМЕНЕНИЕМ МИКРОКОНТРОЛЛЕРОВ

Д. Г. Ощепкова, Е. С. Долганов, А. И. Горностаев

ОАО «Информационные спутниковые системы» имени академика М. Ф. Решетнева» Российская Федерация, 662972, г. Железногорск Красноярского края, ул. Ленина, 52 E-mail: Oshepkovadarya@gmail.com, Dolganov_e@mail.ru

Представлены результаты предварительного проектирования модуля управления обогревателями полезной нагрузки (МУО ПН) с применением микроконтроллера (МК) 1874ВЕ7Т. Показано, что архитектура МК позволяет реализовать все функции МУО ПН. Кратко описана перспектива использования МК для решения задачи контроля температур с использованием встроенного аналого-цифрового преобразователя (АЦП).

Ключевые слова: космический аппарат, бортовой комплекс управления, микроконтроллер.

DESIGNING UNIFIED MODULES OF SPACECRAFT ONBOARD CONTROL SYSTEM

USING MICROCONTROLLERS

D. G. Oshchepkova, E. S. Dolganov, A. I. Gornostaev

JSC "Information Satellite Systems" named after academician M. F. Reshetnev" 52, Lenin str., Zheleznogorsk, Krasnoyarsk region, 662972, Russian Federation E-mail: Oshepkovadarya@gmail.com, Dolganov_e@mail.ru

The results of payload heaters control module preliminary design, using 1874BE7T microcontroller are demonstrated. It is shown that the microcontroller architecture allows to realize all module functions. The prospects of using microcontroller to solve the issue of temperature monitoring, applying built in analog-to-digital converter are briefly described.

Keywords: spacecraft, onboard control system, microcontroller.

При проектировании приборов бортового комплекса управления (БКУ) космического аппарата (КА) для снижения массы, габаритных размеров и увеличе-

ния функциональности предлагается применять однокристальные вычислители. В связи с этим специалистами ОАО «Информационные спутниковые систе-

Космическое электронное приборостроение

мы» имени академика М. Ф. Решетнева» ведется ряд проектов, одним из которых является разработка МУО ПН, входящего в состав блоков управления нагревателями (БУН) перспективных КА, с применением МК 1874BE7T производства ОАО «НИИЭТ» (г. Воронеж). Выбор такого МК при разработке МУО ПН в большей степени обусловлен необходимостью формирования сложных временных диаграмм сигналов управления для коммутации питания обогревателей и возможности их перепрограммирования, а также отсутствием альтернативных вариантов среди МК отечественного производства, удовлетворяющих жестким условиям космического пространства в период длительного срока активного существования КА (15 лет).

Целью работы является сравнительный анализ результатов предварительного проектирования МУО ПН на базе МК 1874ВЕ7Т с предыдущими результатами проектирования модулей-аналогов, которые в настоящее время применяются в составе БУН ряда современных КА.

При проектировании БУН используется магист-рально-модульный принцип, суть которого заключается в построении прибора из унифицированных модулей, объединенных между собой унифицированным внутриприборным интерфейсом, что делает их пригодными для решения задач в составе приборов-аналогов в КА различного назначения [1; 2].

В ранее спроектированном МУО ПН для приборов КА «Экспресс-AM5» и «Экспресс-AM6» для формирования временных диаграмм сигналов управления применялась программируемая логическая интегральная схема (ПЛИС), которая выполняла в базовом блоке модуля функции оконечного устройства мультиплексного канала обмена (МКО), осуществляла преобразование интерфейса МКО во внутримодуль-ный параллельный интерфейс (ПИ) для информационного обмена с блоками расширения, формировала временные диаграммы сигналов управления для коммутации питания обогревателей, а также прием одиночных команд управления (КУ). Во вновь разработанном МУО ПН (см. рисунок) взамен ПЛИС впервые применяется МК 1874BE7Т, архитектура которого позволяет реализовать не только функции, заложенные в ПЛИС, но и дает дополнительные преимущества.

Обмен по МКО с бортовым цифровым вычислительным комплексом (БЦВК) в предложенном варианте схемы МУО ПН осуществляется через встроенный контроллер интерфейса МКО без дополнитель-

ных временных затрат на разработку программного обеспечения (ПО), в то время как в ПЛИС для обеспечения такого обмена и реализации проекта необходимо интегрировать универсальное «№ ядро» оконечного устройства МКО. Обмен с платами расширения по шине ПИ и коммутация питания обогревателей реализованы с помощью параллельных 8-разрядных портов ввода-вывода, а обработка КУ осуществляется контроллером внешних прерываний.

Однако для использования МК необходимы дополнительные внешние устройства: регистры записи и чтения информации по шине ПИ, TTL-КМОП-совместимые микросхемы для согласования логических уровней передаваемых информационных сигналов, дополнительный стабилизатор напряжения питания МК и постоянное запоминающее устройство (ПЗУ). Это усложняет схему МУО ПН, но в то же время открывает ряд новых возможностей для усовершенствования не только МУО ПН, но и прибора БУН в целом. К примеру, наличие встроенного в МК 16-канального АЦП позволяет внедрить систему встроенного контроля [3] для проведения автономного сбора и анализа информации о состоянии работоспособности функциональных устройств МУО ПН с последующим формированием массива телеметрической информации и его передачи в БЦВК, что существенно повысит уровень надежности приборов и сделает возможным прогнозирование изменения параметров и анализ причин возможных отказов.

Возможность многократного перепрограммирования МК упростит процесс отладки ПО на этапе наземной отработки и позволит создавать гибкие системы управления с возможностью изменения эксплуатационных параметров или алгоритмов работы прибора при летной эксплуатации.

Наличие периферийных устройств МК позволит решить комплексные задачи, в которых МК может выполнять функцию центрального вычислителя для всего прибора. Например, для решения вычислительных задач в микропроцессорном модуле управления (ММУ) ранее разработанного экспериментального прибора БКН-Э [4] для КА «ГЛОНАСС-М» применение МК является наилучшим вариантом, так как позволит заменить в ММУ микропроцессор и ПЛИС, а также за счет встроенного АЦП дополнительно выполнять функцию контроля аналоговых параметров, что значительно упростит схему прибора.

Функциональная схема МУО ПН

Решетневские чтения. 2014

В связи с общей тенденцией к использованию в приборах БКУ КА интерфейса SpaceWire взамен МКО наличие встроенных в МК контроллеров обоих интерфейсов делает его универсальным элементом для решения задач как для приборов предыдущего поколения, строящихся с использованием МКО, так и для приборов нового поколения.

Таким образом, применение МК в унифицированных модулях приборов БКУ КА в высокой степени актуально, позволит обеспечить гибкость управления и увеличить объем контролируемой информации.

Библиографические ссылки

1. Горностаев А. И., Капустин А. Н., Зубавичус В. А., Колесников С. М. Применение магистрально-модульного принципа при построении бортовой аппаратуры бортового комплекса управления космических аппаратов // Решетневские чтения : материалы ХШ Междунар. науч. конф. / под общ. ред. Ю. Ю. Логии-нова ; СибГАУ. Красноярск, 2009. С. 20-22.

2. Горностаев А. И. Унификация интерфейсных модулей сопряжения блоков бортового комплекса управления // Изв. вузов. Приборостроение. 2011. № 54/4. С. 13-18.

3. Грищеленок Д. А., Капустин А. Н., Цветкова О. И. Применение встроенной системы контроля в бортовой аппаратуре космического аппарата // Решетнев-ские чтения : материалы XIII Междунар. науч. конф. / под общ. ред. Ю. Ю. Логинова ; СибГАУ. Красноярск, 2009. С. 22-23.

4. Горностаев А. И., Тульский И. Н., Ощепкова Д. Г. Экспериментальный блок коммутации нагревателей модуля системы прецизионной термостабилизации //

Решетневские чтения : материалы XVII Междунар. науч. конф. / под общ. ред. Ю. Ю. Логинова ; СибГАУ. Красноярск, 2013. С. 9-12.

References

1. Gornostaev A. I., Kapustin A. N., Zubavichus V. A., Kolesnikov S. M. Primenenie magistral'no-modul'nogo principa pri postroenii bortovoj apparatury bortovogo kompleksa upravlenija kosmicheskih apparatov // Reshetnevskie chtenija : Materialy XIII Mezhdunar. nauch. conf. : pod obshh. red. Ju. Ju. Loginova / Sib. gos. ajerocosmich. un-t. Krasnojarsk, 2009. S. 20-22.

2. Gornostaev A. I. Unifikacija interfeisnyh modulej soprjazhenija blokov bortovogo kompleksa upravlenija // Izv. vuzov. Priborostroenie. 2011. № 54/4. S. 13-18.

3. Grishelenok D. A., Kapustin A. N., Tsvetkova O. I. Primenenie vstroennoj sistemy kontrolja v bortovoj apparature kosmicheskogo apparata // Reshetnevskie chtenija : Materialy XIII Mezhdunar. nauch. conf. : pod obshh. red. Ju. Ju. Loginova / Sib. gos. ajerocosmich. un-t. Krasnojarsk, 2009. S. 22-23.

4. G Gornostaev A. I., Tulkij I. N., Oshchepkova D. G. Eksperimental'nyj blok kommutacii nagrevatelej modulja sistemy precizionnoj termostabilizacii // Reshetnevskie chtenija : Materialy XVII Mezhdunar. nauch. conf. posvjachh. Pamjati gener. Konstruktora raket.-kosmich. System akademika M. F. Reshetneva : pod obshh. red. Ju. Ju. Loginova / Sib. gos. ajerocosmich. un-t. Krasnojarsk, 2013. S. 9-12.

© Ощепкова Д. Г., Долганов Е. С., Горностаев А. И., 2014

629.78.054:621.396.018

АППАРАТУРА ДОЛГОВРЕМЕННОГО ПРОГОНА ДЛЯ ОТРАБОТКИ УЗЛОВ

БОРТОВОЙ АППАРАТУРЫ

А. В. Пичкалев

ОАО «Информационные спутниковые системы» имени академика М. Ф. Решетнева» Российская Федерация, 662972, г. Железногорск Красноярского края, ул. Ленина, 52

E-mail:al-mail@iss-reshetnev.ru.

Для отработки бортовой радиоэлектронной аппаратуры требуется более быстрый и надежный способ, чем классическое бета-тестирование, применяемое в наземной аппаратуре. Долговременный прогон функционирования дает возможность принципиально иной отработки аппаратуры.

Ключевые слова: долговременный прогон, бета-тестирование, отработка аппаратуры.

THE EQUIPMENT OF LONG-TERM RUN FOR ONBOARD EQUIPMENT

KNOT DEBUGGING

A. V. Pichkalev

JSC "Information Satellite Systems" named after academician M. F. Reshetnev" 52, Lenin str., Zheleznogorsk, Krasnoyarsk region, 662972, Russian Federation E-mail: al-mail@iss-reshetnev.ru