CC BY
13
Голбан Андрей Николаевич, студент, andrev_golban17@mail.ru, Россия, Москва, Российский государственный аграрный университет - МСХА имени К. А. Тимирязева,
Смыслов Дмитрий Максимович, студент, dimasmyslovv1234@smail.com, Россия, Москва, Российский государственный аграрный университет - МСХА имени К. А. Тимирязева
COMPARISON OF THE EFFECTIVENESS OF MACHINE LEARNING ALGORITHMS IN CROP YIELD
FORECASTING TASKS
K.A. Makeev, A.V. Grecheneva, Ya.S. Kotov, A.N. Golban
The problems of the task are considered. The method of comparing the efficiency of these algorithms is defined. Modern machine learning algorithms that can be applied to solve problems of crop yield forecasting are described. A comparative analysis of the algorithms under consideration is carried out. The most effective machine learning algorithms in the problem under consideration are given based on the available data.
Key words: machine learning, yield forecasting problem, agroindustrial complex, sklearn, comparison of algorithms, random forest.
Makeev Konstantin Alekseevich, student, kostia1500@gmail.com, Russia, Moscow, Russian State Agrarian University - Moscow Timiryazev Agricultural Academy,
Grecheneva Anastasia Vladimirovna, candidate of technical sciences, docent, A. Grecheneva@rgau-msha.ru, Russia, Moscow, Russian State Agrarian University - Moscow Timiryazev Agricultural Academy,
Kotov Yaroslav Sergeevich, student, yaroslav.kotov.01@mail.ru, Russia, Moscow, Russian State Agrarian University -Moscow Timiryazev Agricultural Academy,
Golban Andrey Nikolaevich, student, andrey_golban17@mail.ru, Russia, Moscow, Russian State Agrarian University - Moscow Timiryazev Agricultural Academy,
Smyslov Dmitry Maksimovich, student, dimasmyslovv1234@gmail. com, Russia, Moscow, Russian State Agrarian University - Moscow Timiryazev Agricultural Academy
УДК 621.396
DOI: 10.24412/2071-6168-2023-2-206-215
МЕТОДИКА ОЦЕНИВАНИЯ ТРУДОЗАТРАТ ОПЕРАТОРОВ ПУНКТА УПРАВЛЕНИЯ МНОГОСПУТНИКОВЫМИ ОРБИТАЛЬНЫМИ ГРУППИРОВКАМИ МАЛЫХ КОСМИЧЕСКИХ АППАРАТОВ
А.В. Малюгин, В.А.Пирухин, Л.В.Пилипенко
В статье рассмотрена информационно-расчётная задача оценивания одного из основных показателей эффективности системы управления космическими аппаратами - производительности, с помощью одногоиз критериев - трудозатрат на подготовку и проведение сеансов управления многоспутниковыми орбитальными группировками малых космических аппаратов.
Ключевые слова: оператор, пункт управления, сеанс управления, наземный автоматизированный комплекс управления, малый космический аппарат, трудозатраты, многоспутниковая орбитальная группировка.
При разработке различных систем (управления, контроля, информационно-измерительных и др.) часто возникает необходимость оценитьцелесообразность использования того или иного варианта системы и выбрать оптимальный. Объективная оценка оптимальности системыможет быть получена на основе показателя ее эффективности [1]. В общем случае под эффективностью системы понимают приспособленность ее для решения поставленной задачи. При оптимизации системы необходимо, во-первых, правильно сформулировать задачу, которую она должна выполнять, и, во вторых, цель оптимизации. Следовательно, получение оптимального решения связано с выбором показателя эффективности и одновременной разработкой метода (критерия) оценки эффективности по данному показателю [2, 3].
Эффективность функционирования орбитальных группировок (ОГ) космических аппаратов (КА) на прямую зависит от качества решения задач управления бортовыми системами КА средствами наземного автоматизированного комплекса управления (НАКУ) [4,5]. В настоящее время перспективным направлением комплексного развития космических информационных технологий является применение многоспутниковых орбитальных группировок (МСОГ) малых космических аппаратов (МКА) [6-8].
206
В данной статье предложен методический подход к оцениванию эффективности системы управления КА в части производительности НАКУ с подробным описанием одной из его основных компонент - трудозатрат операторов пункта управления (ПУ) при подготовке и проведении сеансов управления МСОГ МКА.
Формализованная постановка задачи. В общем случае постановка задачи оценивания производительности операторов пункта управления (ПУ) многоспутниковыми ОГ МКА проводится с помощью определения одного из ее основных критериев - трудозатрат на подготовку и проведение сеансов управления, выражением:
ТТЗ = -опер'управ (1)
где Nопер - количество задействованных операторов ПУ в сеансе управления МСОГ МКА; ¿управ -опер управ
время затраченное на управление МСОГ МКА.
Количество операторов ПУ и время затраченное на проведение сеансов управления, определяется путем моделирования управления МСОГ МКА операторами ПУ, с учётом исходных данных о составе, структуре и параметрах управляемой МСОГ МКА, средств управления, а также системе технических и технологических ограничений, накладываемых на процесс управления, где учитываются:
N = {п^,1 е К),К = {\,2,...,к)- множество операторов различных специальностей (дежурный расчёт пункта управления МСОГ МКА);
^управ/ _ общий ресурс времени, расходуемый операторами ПУ / -й специальности на подготовку и проведение ] -го сеанса управления.
Решение такой задачи должно удовлетворять ряду ограничений, которые задают множество допустимых решений:
'управ — 'устан; 'зрв = 'вхзрв + 'выхзрв где 'устан - нормативное время, необходимое каждому оператору для подготовки и проведения операции управления МСОГ МКА; 'зрв - нормативное время нахождения МКА из состава МСОГ в зоне радиовидимости; 'вхзрв - время входа МКА в зону радиовидимости; 'выхзрв - время выхода МКА из зоны радиовидимости.
Также, учитываются операции управления к которым относятся: закладка командно-программной информации (КПИ) на борт МКА для решения задач командно-программного обеспечения (КПО) процесса управления МКА; сверка, фазирование и коррекция, бортовой шкалы времени для решения задач частотно-временного обеспечения (ЧВО) процесса управления МКА; прием и обработка телеметрической информации (ТМИ) для решения задач информационно-телеметрического обеспечения процесса управления КА; проведение и обработка измерений текущих навигационных параметров (ИТНП) для решения задач баллистико-навигационного обеспечения процесса управления МКА [9].
Оценивание производительности операторов ПУ МСОГ МКА проводится в три этапа:
- на первом этапе разрабатывается модель управления МСОГ МКА операторами ПУ;
- на втором этапе проводится определение необходимого числа операторов ПУ участвующих в управлении МСОГ МКА;
- на третьем - расчёт производительности проведения сеансов управления МСОГ МКА операторами ПУ.
Решение задачи. Для разработки модели управления МСОГ МКА операторами ПУ необходимо определить показатели эффективности, рис. 1, а также набор исходных данных для моделирования [9], где определяются множество однотипных МКА, множество видов средств, способных выполнять операции управления МСОГ МКА, множество включённых в комплекс операций подготовки МСОГ МКА к целевому функционированию.
Структурная схема методики оценивания производительности операторов пункта управления МСОГ МКА представлена на рис. 2.
В первом блоке задаются исходные данные и вводятся ограничения для моделирования.
Во втором блоке методики осуществляется формирование массива заявок на проведение операций закладки КПИ, приема ТМИ и ИТНП исходя из технологического цикла управления каждым МКА, которые включают в себя номер МКА; тип операции управления; номер видимого суточного витка, на котором требуется провести операцию управления; длительность выполнения операции управления. Далее производится расчет пространственно-временных характеристик взаимодействия с ПУ и формируется план проведения операций закладки КПИ, приема ТМИ и проведения операций ИНТП [9].
В третьем блоке методики осуществляется расчет показателей эффективности функционирования операторов ПУ путем анализа сформированного плана задействования средств управления МСОГ МКА [9, 10].
На основе разработанной модели можно корректно, с формальной точки зрения, провести планирование задействования средств управления, обосновать различного рода требования как к отдельным
типам средств управления МКА, так и ПУ в целом, по результатам оценивания эффективности функционирования ПУ в различных условиях обстановки, обосновать состав операторов управления МСОГ МКА.
В четвертом блоке оценивается производительность операторов управления, с помощью определения основного критерия - трудозатрат на подготовку и проведение сеансов управления.
Оценивание трудозатрат операторов пункта управления многоспутниковыми орбитальными группировками космических аппаратов
Оценивание трудозатрат операторов ПУ, при подготовке и проведении сеансов управления МСОГ МКА целесообразно осуществлять в масштабе одних суток. Это обусловлено спецификой программы проведения работ по управлению КА, задаваемой на одни сутки, и выполнением работ одним дежурным расчетом в течение одних суток [9, 10].
ПУНКТ УПРАВЛЕНИЯ МНОГОСПУТНИКОВЫМИ ГРУППИРОВКАМИ МАЛЫХ КОСМИЧЕСКИХ АППАРАТОВ
РЕШАЕМАЯ ЗАДАЧА: УПРАВЛЕНИЕ МНОГОСПУТНИКОВЫМИ ГРУППИРОВКАМИ МАЛЫХ КОСМИЧЕСКИХ АППАРАТОВ
'Г
ПОКАЗАТЕЛИ ЭФФЕКТИВНОСТИ Рэх-
Полнота управления - количество КА, управление которыми возможно реализовать по установленным технологическим циклам управления -Р*пу
Оперативность управления - средний интервал времени между получением
—► команды на проведение операции управления и ближайшим возможным временем её выполнения
—► Непрерывность управления - отношение суммарного времени нахождения КА в зоне р .
—► Устойчивость управления - отношение количества КА, управление которыми возможно реализовать по установленной технологии в условиях воздействия различного рода возмущений, к общему количеству КА в многоспутниовой
группировке, р • -Руу
Рис. 1. Показатели эффективности управления МСОГ МКА
Трудозатраты на подготовку и проведение сеансов управления МСОГ МКА в течении одних суток рассчитываются в соответствии с выражением [11]:
т1сут _ т1сут , т1сут (2)
ТЗ _ ТЗподг ТЗуправ'
где Т^Зуптодг - трудозатраты на подготовку расчётов к проведению сеансов управления в течении суток;
ТтЗуправ - трудозатраты на проведение сеансов управления в течении суток.
Трудозатраты на подготовку к проведению работ по управлению МСОГ МКА определяются выражением:
ТТЗ подг _ ТТЗбо + ТТЗплр , ( )
где Трзбо - трудозатраты на расчеты баллистического обеспечения (БО). Трзплр - трудозатраты на
планирование работ, которые определяются выражением:
Т _ т + т1сут (4)
ТЗ плр _ ТЗпланд ТЗплан'
где Трзпланд - трудозатраты на долговременное планирование работ; Т^ЗЛ^ - трудозатраты на пла-
208
Системный анализ, управление и обработка информации нирование работ по управлению МСОГ МКА на одни сутки.
(2
Формирование исходных данных
1. Потоки информации управления
МСОГ МКА:
- телеметрическая информация;
- баллистико-навигационная информация;
- командно-программная информация.
2. Множество операций управления.
3. Ресурс времени на выполнение операций управления МСОГ МКА.
4. Множество средств управления МСОГ МКА:
- средства СЕВ;
- средства обработки информации;
- средства ТМИ;
- средства специальной информации;
- средства БНИ;
- средства обеспечения.
5. План-графики выполнения операций управления МСОГ МКА.
Вводимые ограничения
1. Нормативное время, необходимое каждому оператору для подготовки и проведения операции управления МСОГ МКА
2. В каждом сеансе управления одним оператором может быть обслужен только один МКА из состава МСОГ
3. Нормативное время нахождения МКА из состава МСОГ в зоне радиовидимости
Потоки информации
Центр обработки баллистической информации
Пост приёма ИНТП
Обработка ИНТП
Анализ ИНТП
Передача ИНТП в ГУ КПИ
Формирование оперативного плана
Получение
НУ для КА
Система частотно-временного обеспечения
Коррекция БШВ
Система технологического управления
Формирование потока СТУ
Центр обработки телеметрической информации
Пост приёма ТМИ
Формирование предложений по
оперативному управлению
БСКА
Обработка ТМИ Обработка ТС
I
Анализ состояния
Проведение ГУ
оценки БС КА
состояния БС
КА
Передача ТМИ в ГУ КПИ
Система командно-программного обеспечения
Формирование НСК заявки на работу СБО
Формирование ГУ массива КПИ (СИ, ТМИ, , ИНТП^ЧВИ, СТУ)
Передача массива КПИ
57
Оценивание эффективности функционирования ЦУП Определение необходимого числа операторов участвующих в управлении МСОГ КА
Рис. 2. Структурная схема методики оценивания трудозатрат операторов пункта управления МСОГ МКА
Долговременное планирование работ на управление МСОГ МКА рассчитывается выражением:
ТТ3планд _ Тплсас + Тпл1г + Тпл1м + Тпл1н, (5)
где Тплсас, Тпл1г, Тпл1м, Тпл1н - трудозатраты на планирование работ по управлению МСОГ МКА на
весь срок активного существования (САС), на один год, один месяц и одну неделю соответственно.
Трудозатраты на планирование работ по управлению МСОГ МКА на одни сутки определяются выражением:
Т1сут _ Т1сут + Т1сут (6)
ТЗплан _ ТЗплзср ТЗзкомпроб '
где ТТзуплзср - трудозатраты на составление плана задействования средств (ПЗС) в одни сутки;
ТгГс1з'компроб - трудозатраты на задание командно-программного обеспечения (КПО) в течение одних суток.
Далее проводится расчёт трудозатрат на задание КПО в течение одних суток выражением:
т1сут _ т1сут + т1сут (7)
ТЗзкомпроб ТЗсрк ТЗвпу' v '
где - трудозатраты на составление списка разовых команд (СРК) для командно-измерительных
станций (КИС) в течение одних суток; тТсут - трудозатраты на создание временной программы
управления (ВПУ) работой бортовой аппаратуры (БА) в течение одних суток.
Трудозатраты на подготовку к проведению сеансов управления в течение одних суток определяются выражением:
Т1сут _ Т1сут + Т1сут (8)
ТТЗподг _ ТТЗплан + ТТЗбо' (8)
где тТсЛлан - трудозатраты по планированию работ на одни сутки; тТут - трудозатраты на расчет БО в течении одних суток, рассчитываемые выражением:
Т1сут _ Т1сут + Т1сут + Т1сут + Т1сут (9)
ТТЗбо _ ТТЗну + ТТЗзрв + ТТЗцу + ТТЗоткл' (9)
где Т^ - трудозатраты на расчеты начальных условий (НУ) в течении
одних суток; Х^З^р - трудозатраты на расчеты зон радиовидимости (ЗРВ) командно-измерительных
пунктов (КИП) в течении одних суток; тТс>ут - трудозатраты на расчеты целеуказаний (ЦУ) для антен-
ТЗцу
ных систем в течении одних суток; тТут^ - трудозатраты на расчеты отклонений для антенных систем в течении одних суток.
Кроме того, не чаще одного раза в месяц появляются трудозатраты на расчеты прогнозов зон
освещенности (ПЗО) ТрЗпзо, а также один раз в три месяца трудозатраты на расчеты маневрирования ТТЗмнр , т. е. дополнительные трудозатраты на расчеты БО выражением:
ТТЗдопБО _ ТТЗпзо + ТТЗмнр, (10)
Трудозатраты на расчёты СРК в течении одних суток, можно рассчитать выражением:
Т1сут _ тт 1сут . т1су (11)
ТТЗсрк _ и СУ ТТЗсрк' (11)
где тСУут - количество сеансов управления за одни сутки; тТ^^ - трудозатраты на составление СРК
на один сеанс управления.
Расчёты временных программ управления МСОГ МКА проводятся один раз в сутки, трудозатраты
Т'ТЗвпу на их расчёты определяются выражением:
т1сут _ т1сут + т1сут (12)
ТЗвпу _ ТЗвпсла ТЗвпспа '
где Т^Зувтпсла - трудозатраты на проведение расчётов временных программ управления работой слу-
жебной аппаратуры; - трудозатраты на проведение расчётов временных программ управления
работой специальной аппаратуры.
Среднее время, затраченное на разработку и составление плана задействования средств в течение одних суток 4уптзс, определяется выражением:
Лсут = г/1сУт . Лсу (13)
'плпз^_С7СУ пзс' ^
где ¿пу - среднее время, затраченное на разработку и составление ПЗС в течение одного сеанса управления, которое определяется выражением:
/1су = т1су . Лзст (14)
'пзс '"зст 'пзс '
где ^зсу - количество задействованных средств ПУ в течение одного сеанса управления; ^зо1 -
среднее время, затраченное на разработку и составление ПЗС одним средством ПУ в течение одного сеанса управления.
Далее рассчитывается среднее время затраченное на разработку и составление СРК в течении одних суток:
Лсут = Т71сут Лсу (15)
'срк _ и сУ ' срк'
где '¿ррк - среднее время, затраченное на разработку и составление СРК для одной КИС в течение одного сеанса управления, которое определяется выражением:
/1су = т1су . /1кис (16)
'срк '"кис 'срк '
где да^ис - количество задействованных КИС в одном сеансе управления; ^ри*' - среднее время, затраченное на разработку и составление СРК для одной КИС.
Среднее время, затраченное на разработку ВПУ в течение одного сеанса управления, рассчитывается выражением:
'1су =' +' (17)
'впу 'впсла ^'впспа ^ >
где 'впсла - среднее время, затраченное на разработку и составление ВПУ работой служебной аппаратуры для одного МКА в течение одного сеанса управления; ?впспа - среднее время, затраченное на разработку и составление временной программы управления работой служебной аппаратуры для одного МКА в течение одного сеанса управления.
Следующим этапом проводится оценивание трудозатрат Т^у^р^ на проведение сеансов управления в течение одних суток:
т1сут = т1су . м 1сут (18)
ТТ3управ = ТТ3управ мсу ' (18)
где М1°уут - количество операторов, участвующих в сеансах управления в течении одних
суток, Т^3управ - трудозатраты на проведение одного сеанса управления, оцениваемые выражением:
т1су = т1су , т1су (19)
ТТ3управ = ТТ3ор + ТТ3тми' (19)
где Т^зор - трудозатраты на проведение оперативной работы (ОР); ТТ3уми - трудозатраты на обработку и анализ ТМИ.
Для оценивания показателей трудозатрат на проведение управления следует оценить трудозатраты на проведение ОР в одном сеансе управления:
т1су = т1су , т1су , т1су (20)
ТТ3ор = ТТ3кпи + ТТ3упр3С + ТТ3антми' (20)
где Т^3укпи - трудозатраты на передачу КПИ на бортовую аппаратуру МКА; тТ°Упр3с - трудозатраты на управление работой средств управления по приему ТМИ, обработку ИТНП и приему/передаче другой информации; тТ3антми - трудозатраты на обработку и анализ ТМИ, разработку и подготовку предложений по изменению СРК.
Трудозатраты на передачу КПИ на бортовую аппаратуру МКА в одном сеансе управления оцениваются выражением:
тТЗукпи _ тТЗЛи ■ П&, (21)
где Т'ТкЗкг1и - трудозатраты на передачу КПИ для одной КИС на бортовую аппаратуру МКА; да^ис -
количество задействованных в сеансе связи КИС на которые передается КПИ на бортовую аппаратуру МКА.
Трудозатраты на управление работой средств по приему ТМИ, обработку ИТНП и приему/передаче другой информации в одном сеансе управления оцениваются с помощью выражения:
т1су _ т1ср . т1су (22)
ТТЗуправср _ ТТЗуправ тср ' (22)
где тТ<Зуправ - трудозатраты на управление работой одного средства ПУ; - количество средств
управления ПУ в одном сеансе.
Трудозатраты на обработку и анализ ТМИ, подготовку предложений по изменению СРК в одном
сеансе управления оцениваются выражением:
Т 1су _ Т 1потин ст1су (23)
ТЗантми ТЗантми о потинфТМИ'
где ТЙнЕи - трудозатраты на обработку и анализ одного потока ТМИ; йпотинфТМИ - количество
потоков ТМИ, принимаемых в одном сеансе управления МСОГ МКА.
Также следует отметить, что в контексте данной статьи работы по обработке и анализу результатов ИТНП включены в перечень мероприятий по подготовке к проведению сеансов управления как мероприятия расчета БО.
Апробация. На основе технологии оперативного (детального) планирования работы средств управления МСОГ МКА, которая ориентирована на разработку и согласование детальной программы работы бортовой аппаратуры МКА, комплекса наземных средств управления и составление программ проведения сеансов управления по каждому МКА с указанием времени их проведения, перечня задействуемых средств управления, режимов их работы и последовательности выполняемых операций технологических циклов управления МКА, а также способов передачи информации на ПУ, сформирован состав расчётов ПУ многоспутниковыми ОГ малых КА, табл. 1, 2 [11-14].
Таблица 1
Состав расчётов подготовки к проведению сеансов управления МСОГ МКА
№ Расчеты подготовки средств управления
1 Расчет планирования задействования средств
2 Расчёт составления резервных команд
3 Расчёт составления временной программы управления СлА
4 Расчёт составления временной программы управления СпА
5 Расчёт создания временной программы управления работой БА
6 Расчёт баллистического обеспечения
Таблица 2
Состав расчётов проведения сеансов управления МСОГ МКА_
№ Расчеты подготовки средств управления
1 Расчет выдачи КПИ
2 Расчёт управления ЗС
3 Расчёт обработки и анализа ТМИ
4 Расчёт проведения сеанса управления
В качестве примера в табл. 3 и 4 приведены результаты оценивания трудозатрат на подготовку к проведению сеансов управления МСОГ МКА операторами ПУ [10,14,15]. Оценивание трудозатрат проводилось в масштабе одних суток.
Для исследований были определены следующие показатели:
- 4уут - среднее время проведения одного сеанса управления;
- 4шГф среднее время выполнения обработки и анализа одного потока телеметрической информации.
Оценивание трудозатрат на подготовку к приведению сеанса управления проводилось для решения задач формирования плана ПЗС управления; составления СРК; создания ВПУ работой служебной и специальной аппаратуры, создания ВПУ работой БА в течении одних суток.
212
Таблица 3
Результаты оценивания трудозатрат на подготовку к проведению сеансов управления МСОГ' МКА
Параметры Выполняемые задачи Операторы БО Подготовка к СУ
т1сут ТЗплзср т1сут ТЗсрк т1сут ТЗвпсла т1сут ТЗвпспа Лсут 'впу
Количество операторов, чел. 2 2 2 2 2 2 12
Количество СУ за одни сутки 10 10 1 1 1 - -
Количество МКА в МСОГ - - 6 6 6 6 -
Количество задействованных средств управления в одном СУ 6 - - - - - -
Количество задействованных КИС в одном СУ - 2 - - - - -
Среднее время на СУ, на один МКА - - 60 60 120 180 -
Среднее время, затраченное на все МКА в МСОГ - - 360 360 720 180 900
Среднее время, затраченное на одно средство управления 1 - - - - - -
Среднее время, затраченное на одну КИС в одном СУ - 30 - - - - -
Среднее время, затраченное на все КИС во всех СУ 60 600 - - - - 600
Трудозатраты, чел.ч 2 20 12 12 24 6 76
Таблица 4
Результаты оценивания трудозатрат на проведение сеансов управления МСОГ МКА_
Параметры Передача КПИ Управление средствами Обработка и анализ ТМИ Проведение СУ
Количество операторов -—опер , чел. 2 2 2 6
Количество СУ за одни сутки 10 10 10 -
Количество средств управления в одном СУ - 6 - -
Количество задействованных КИС в одном СУ 2 - - -
Количество потоков ТМИ в одном - - 4 -
Среднее время проведения одного СУ, мин. 10 10 - -
Среднее время выполнения обработки и анализа одного потока ТМИ, мин. - - 30 -
Среднее время проведения всех СУ за одни сутки, мин 100 100 1200 -
Трудозатраты, чел.ч 3,3 3,3 40,0 46,7
табл. 5.
Суммарные затраты на подготовку и проведение сеансов управления МСОГ МКА приведены в
Суммарные затраты на подготовку и проведение сеансов управления МСОГ МКА
Таблица 5
Этап сеанса управления
Количество операторов, чел.
Трудозатраты чел./ч
Подготовка
12
76,0
Проведение
46,7
Всего
18
122,7
Представленная методика оценивания трудозатрат операторов ПУ может использоваться для расчёта одного из показателей эффективности системы управления полётом КА - производительности НАКУ, что в свою очередь позволит оценить затраты на развертывание и эксплуатацию системы управления и в дальнейшем снизить их.
Также следует отметить, что в контексте данной статьи работы по обработке и анализу результатов ИТНП включены в перечень мероприятий по подготовке к проведению сеансов управления как мероприятия расчета БО.
6
Заключение. В статье представлен оригинальный и простой математический аппарат оценивания эффективности системы управления КА на основе оценивания производительности операторов ПУ МСОГ МКА.
Предложенный методический подход позволяет использовать расчетное значение трудозатрат на подготовку и проведение сеансов управления для получения оценки производительности НАКУ КА, которая в свою очередь может использоваться для оценивания эффективности и проведения сравнительного анализа систем управления МСОГ МКА.
Список литературы
1. Зори А.А., Коренев В.Д. Критерии оценивания эффективности информационно-измерительных систем // Известия ЮФУ. Технические науки. ЮФУ. 2008. С. 40-46.
2. Новопашенный Г.Н. Информационно-измерительные системы: Учебн. пособие для специальности «Информационно-измерительная техника» вузов. М.: Высш. школа, 1977. 208 с.
3. Рабинович В.И., Цапенко М.И. Информационные характеристики средств измерения и контроля. М.: Энергия, 1968. 96 с.
4. Шевцов Д.А. Управление реконфигурацией НАКУ КА на базе нейросетевых технологий и элементов искусственного интеллекта // Ракетно-космическое приборостроение и информационные системы. 2018. Т. 5. Выпуск 2. С. 84-88.
5. Макаренко Д.М., Потюпкин А.Ю. Системный анализ космических аппаратов. Москва, МО РФ, 2007. 331 с.
6. Поручения президента Российской Федерации № Пр-669 от 12 апреля 2019 г.
7. Поручения президента Российской Федерации № Пр-1353 от 28 июля 2018 г.
8. Иванов В.Л., Голованев И.Н., Макаров М.И., Щербаков Н.Б. Космос - сфера вооруженной борьбы. М: НИИ КС, 2019. 220 с.
9. Мануйлов Ю.С., Калинин В.Н., Гончаревский В.С., Делий И.И., Новиков Е.А. Управление КА и средствами НАКУ: учебник / Ю.С. Мануйлов, В.Н. Калинин, В.С. Гончаревский, И.И. Делий, Е.А. Новиков; под общ. ред. Ю.С. Мануйлова. СПб.: ВКА имени А.Ф. Можайского, 2010. 609 с.
10. 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. Выпуск 11 (716), С. 55-65.
11. Васильев В.В., Жданов С.Г., Потюпкин А.Ю. Особенности управления бортовыми системами летательных аппаратов. Москва, ВА РВСН, 1998. 72 с.
12. Козлов Д.И., ред. Управление космическими аппаратами зондирования Земли. Компьютерные технологии. Москва, Машиностроение, 1998. 356 с.
13. Пантелеймонов И.Н. Перспективные алгоритмы управления полетом космического аппарата. Ракетно-космическое приборостроение и информационные системы, 2014. Т. 1. Вып. 4. С. 5768.
14. Пантелеймонов И.Н., Корниенко В.И. Архитектурные решения построения бортовой аппаратуры КА и перспективная методика управления полетом КА 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.
15. Пантелеймонов И.Н., Скрыль О.А. О развитии систем передачи информации командно-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. М., Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2019. Т. 1. С. 21.
Малюгин Александр Викторович, канд. воен. наук, доцент, начальник 47 отдела военного института (научно-исследовательского), vka-onr@mil.ru, Россия, Санкт-Петербург, Военно-космическая академия имени А.Ф. Можайского,
Пирухин Виталий Александрович, канд. воен. наук ст. науч. сотр. 241 лаборатории военного института (научно-исследовательского), Россия, Санкт-Петербург, Военно-космическая академия имени А. Ф. Можайского,
Пилипенко Людмила Викторовна, науч. сотр. 473 лаборатории военного института (научно-исследовательского), Россия, Санкт-Петербург, Военно-космическая академия имени А. Ф.Можайского
METHODOLOGY FOR ESTIMATING LABOR COSTS OPERATORS OF THE CONTROL POINT OF MULTI-SATELLITE ORBITAL GROUPINGS OF SMALL SPACECRAFT
A.V. Malyugin, V.A. Pirukhin, L.V. Pilipenko 214
The article considers the information and computational task of evaluating one of the main indicators of the effectiveness of the spacecraft control system - productivity, using one of the criteria - labor costs for preparing and conducting control sessions for multi-satellite orbital groupings of small spacecraft-
Key words: operator, control point, control session, ground-based automated control complex, small spacecraft, labor costs, multi-satellite orbital grouping.
Malyugin Alexander Viktorovich, candidate of military sciences, docent, head 47 departments of the Military institute (research), vka-onr@mil.ru, Russia, St. Petersburg, Military Space Academy named А.F. Mozhaysky,
Pirukhin Vitaliy Alexandrovich, candidate of military sciences, senior researcher 241 laboratories of the Military institute (research), Russia, St. Petersburg, Military Space Academy named А.F.Mozhaysky,
Pilipenko Lydmila Viktorovna, researcher 473 laboratories of the Military institute (research), Russia, St. Petersburg, Military Space Academy named А.F.Mozhaysky
УДК 629.76
DOI: 10.24412/2071-6168-2023-2-215-227
ИССЛЕДОВАНИЕ ФАКТОРОВ, ВЛИЯЮЩИХ НА ВОЗМОЖНОСТЬ МНОГОКРАТНОГО ПРИМЕНЕНИЯ ЖИДКОСТНЫХ РАКЕТНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ В ЦЕЛЯХ СНИЖЕНИЯ СТОИМОСТИ ПУСКОВ МНОГОРАЗОВЫХ РАКЕТ-НОСИТЕЛЕЙ
С.Ф. Стельмах, В.А. Грибакин, В.Л. Слатов, А.В. Антропова
Рассмотрены основные технические характеристики зарубежных и отечественных жидкостных ракетных двигателей, таких как RS-25, Merlin 1D+, Raptor, BE-4, 17Д12, РД-180. Проанализированы конструктивные особенности, основные параметры функционирования и стоимостные характеристики указанных двигателей. Сформулированы факторы, влияющие на возможность многократного применения жидкостных ракетных двигателей на многоразовых ракетах-носителях. Произведен расчет величины снижения стоимости запуска полезного груза на низкую околоземную орбиту ракетами-носителями Falcon 9 FT и Falcon Heavy при многократном применении двигательных установок Merlin 1D+ на возвращаемых ступенях указанных ракет космического назначения. Показана актуальность и экономическая целесообразность многократного применения жидкостных ракетных двигателей на современных многоразовых ракетах-носителях в целях повышения их конкурентоспособности на мировом рынке пусковых услуг.
Ключевые слова: ракета-носитель, жидкостный ракетный двигатель, пневмогидравлическая схема двигательной установки, масса полезного груза, величина снижения стоимости пуска ракеты-носителя, удельная стоимость выведения полезного груза.
Основными критериями конкурентоспособности ракет-носителей (РН) являются масса полезного груза (ПГ), выводимого на различные орбиты, простота конструкции, экологическая безопасность, надежность и стоимость пуска. Одним из основных способов уменьшения стоимости вывода ПГ на орбиты является многоразовое использование оборудования РН [1]. По мнению отечественных и зарубежных экспертов, применение спасаемых ракетных блоков (возвращаемых ступеней) позволяет существенно снизить стоимость и повысить оперативность пусков РН [2].
В настоящее время подавляющее большинство космических держав и частных компаний предпринимают активные шаги по разработке многоразовых космических систем. Лидером в этом направлении являются США. К основным результатам программ разработки и практического применения многоразовых космических систем можно отнести такие американские РН, как Falcon 9 FT, Falcon Heavy, Star-ship, Shepard, New Glenn, Electron и другие. Необходимо отметить, что такие РН, как Falcon 9 FT, Falcon Heavy, Electron уже несколько лет находятся в стадии серийного производства и эксплуатации [3, 4, 5, 6].
Наиболее затратными агрегатами ракеты космического назначения являются маршевые жидкостные ракетные двигатели (ЖРД), входящие в состав ракетных блоков РН [2]. В ГОСТ Р 53802-2010 понятие ЖРД определяется следующим образом: ракетный двигатель, работающий на жидком ракетном топливе [7].
Анализ существующей литературы показывает, что стоимость ЖРД составляет от 10 до 40% стоимости РН [8, 9]. Поэтому анализ факторов, влияющих на возможность многократного применения ЖРД на многоразовых РН является крайне актуальной задачей.
215
