CC BY
26УДК 629.78.08:621.371.36
основные мероприятия по совершенствованию центра ситуационного анализа, координации и планирования в условиях наращивания орбитальной группировки космических аппаратов
© 2022 г. Лудко А.н., Кучеров Б.А., Литвиненко А.О., Кутоманов А.Ю., Сиранчук Д.С.
АО «Центральный научно-исследовательский институт машиностроения»
(АО «ЦНИИмаш»)
Ул. Пионерская, 4, г. Королёв, Московская обл., Российская Федерация, 141070,
e-mail: csakp@mcc.rsa.ru
Существующий в настоящее время научно-технический задел и высокие темпы развития ракетно-космической техники позволят уже в ближайшее время перейти к серийному производству малоразмерных космических аппаратов, решающих широкий круг задач, что предъявляет новые требования к оперативности и качеству планирования применения средств наземного автоматизированного комплекса управления (НАКУ) и координации их задействования при управлении постоянно расширяющейся орбитальной группировкой (ОГ) космических аппаратов (КА) Госкорпорации «Роскосмос». На основе анализа специфики миссий КА и развития численности ОГ разнородных КА на ближайшие годы были определены основные направления развития Центра ситуационного анализа, координации и планирования (ЦСАКП) в части использования передовых технологий планирования применения технических средств (ТС) НАКУ и совершенствования его методического и программного обеспечения для достижения требуемой эффективности функционирования ЦСАКП. Возможность применения на практике рассмотренных в настоящей статье технологий и подходов была доказана на разработанном специальном программном обеспечении, которое планируется к внедрению в модернизированном ЦСАКП. Реализация этих предложений позволит обеспечить опережающее развитие ЦСАКП и повысить оперативность и качество принимаемых решений при организации применения ТС НАКУ для надёжного и качественного управления перспективной ОГ КА Госкорпорации «Роскосмос», а также выполнение обязательств по программам международного сотрудничества и деятельности частного бизнеса.
Ключевые слова: космический аппарат, наземный автоматизированный комплекс управления, Центр ситуационного анализа, координации и планирования, направление развития (автоматизации), характеристика планирования, фактор.
EDN: EQXHFF
KEY STEPS TOWARDS IMPROVING THE CENTER FOR SITUATION ANALYSIS, COORDINATION AND PLANNING IN THE CONTEXT OF BUILDING UP AN ORBITAL CONSTELLATION
Dudko A.N., Kucherov B.A., Litvinenko А.О., Kutomanov A.Yu., Siranchuk D.S.
Central Research Institute for Machine Building (TsNIImash) 4 Pionerskaya str, Korolev, Moscow region, 141070, Russian Federation, е-mail: csakp@mcc.rsa.ru
The existing scientific and engineering capabilities and the rapid progress of rocket and space technology will it make possible, before long, to begin mass production of small spacecraft carrying out a wide range of tasks, which places new demands on the promptness and quality of planning the use of the Ground Computerized Control System (GCCS) facilities and coordination of their use in controlling the ever expanding Orbital Constellation (OC) of spacecraft belonging to the State Corporation Roskosmos. Based on the analysis of the SC missions specifics and the growth of the number of OCs over the next few years the major directions were determined for the development of the Center for Situation Analysis, Coordination and Planning (CSACP) as regards the application of advanced technologies for planning the use of GCCS facilities and improving their methodology and software in order to achieve the required efficiency of the CSACP operation. The feasibility of practical use of technologies and approaches described in this paper was proven with specially developed software which is to be incorporated into the upgraded CSACP. Implementation of these proposals will make it possible to assure a faster growth of CSACP and to improve promptness and quality of the decisions that are made when arranging the use of GCCS facilities for the purposes of providing a reliable and competent control for the prospective OC of spacecraft belonging to the State Corporation Roskosmos, as well as carrying out the obligations under the programs of international cooperation and private business activities.
Key words: spacecraft, ground computerized control system, Center for Situation Analysis, Coordination and Planning, directions for development (automation), characteristics of planning, factor.
дудко А.н.
КУЧЕРОВ Б.А.
ЛИТВИНЕНКО А.О.
КУТОМАНОВ А.Ю.
СИРАНЧУК Д.С.
ДУДКО Александр Николаевич — кандидат технических наук, старший научный сотрудник, начальник сектора АО «ЦНИИмаш», е-mail: csakp@mcc.rsa.ru
DUDKO Aleksandr Nikolaevich — Candidate of Science (Engineering), Senior research scientist, Head of Subdepartment at TsNIImash, е-mail: csakp@mcc.rsa.ru
КУЧЕРОВ Борис Алексеевич — кандидат технических наук, заместитель начальника отдела АО «ЦНИИмаш» KUCHEROV Boris Аlekseevich — Candidate of Science (Engineering), Deputy Head of Department at TsNIImash
ЛИТВИНЕНКО Антон Олегович — Начальник лаборатории АО «ЦНИИмаш» LITVINENKO Аnton Оlegovich — Head of Laboratory at TsNIImash
КУТОМАНОВ Алексей Юрьевич — кандидат технических наук, заместитель начальника ЦУП АО «ЦНИИмаш»
KUTOMANOV Aleksey Yuryevich — Candidate of Science (Engineering), Deputy Head of Center at TsNIImash
СИРАНЧУК Дмитрий Сергеевич — Начальник отдела АО «ЦНИИмаш» SIRANCHUK Dmitry Sergeevich — Head of Department at TsNIImash
Основной задачей наземного автоматизированного комплекса управления (НАКУ) космических аппаратов (КА) научного и социально-экономического назначения (НСЭН) и измерений является непрерывное и устойчивое управление российской орбитальной группировкой (ОГ) автоматических и пилотируемых КА на околоземной орбите, а также объектами на траекториях полётов к Луне, Марсу, другим небесным телам Солнечной системы и на орбитах вокруг них1, 2. Одним из органов управления НАКУ КА НСЭН и измерений, осуществляющих планирование применения по назначению средств управления КА, а также анализ состояния ОГ КА, является ЦСАКП3.
Анализ перспектив развития ОГ КА Госкорпорации «Роскосмос»4, 5 в части специфики миссий КА и динамики увеличения состава ОГ с учётом требований в области космической деятельности на период до 2030 г. и тенденций изменения наземной и космической инфраструктуры [1, 2] предопределяет необходимость дальнейшей модернизации ЦСАКП с целью обеспечения безусловного выполнения технологических циклов управления КА различного целевого назначения с учётом тенденции к увеличению числа функционирующих КА на различных орбитах, а также
1 Закон о космической деятельности от 20 августа 1993 г. № 5663-1.
2
Основные положения Основ государственной политики Российской Федерации в области космической деятельности на период до 2030 г. и дальнейшую перспективу (утв. Президентом РФ от 19 апреля 2013 г. № Пр-906).
3 Временное положение по взаимодействию ЦСАКП с абонентами при оперативном планировании применения средств НАКУ КА НСЭН и измерений (первая очередь). ФГУП ЦНИИмаш, 2009 г.
4 Федеральная космическая программа России на 2016-2025 годы. Утв. Постановлением Правительства Российской Федерации от 23 марта 2016 г. № 230.
5 Приказ Федерального космического агентства от 14 декабря 2009 г. № 195 «О наземном автоматизированном комплексе управления космическими аппаратами научного и социально-экономического назначения и измерений (первая очередь)». ФКА, 2009 г.
при необходимости увеличения числа сеансов управления в случае возникновения нештатных ситуаций.
С учётом вышесказанного необходимость развития ЦСАКП продиктована следующими факторами:
• увеличение временных затрат на выполнение технологических циклов планирования (ТЦП), превышающих нормативные значения;
• необходимость обеспечения требуемого качества планирования задействования технических средств (ТС) НАКУ с возрастанием нагрузки на средства коллективного доступа;
• необходимость оперативного отслеживания текущей информации о состоянии орбитальной группировки КА Госкорпорации «Роскосмос».
В связи с этим особую актуальность приобретает задача развития ЦСАКП в части использования новых технологий планирования применения ТС НАКУ и совершенствования его методического и программного обеспечения, в т. ч. с использованием элементов искусственного интеллекта [3], для эффективного функционирования ЦСАКП в части оперативности планирования и качества итогового плана, исходя из прогноза развития ОГ КА и наземных средств управления.
Необходимо отметить, что вопросы совершенствования ЦСАКП охватывают широкий спектр задач, рассмотрение которых невозможно в рамках одной статьи, поэтому в данной статье будут обсуждаться только вопросы по совершенствованию научно-методического и программного обеспечения технологий планирования применения ТС НАКУ, используемых в ЦСАКП.
В целях выявления факторов, негативно влияющих на оперативность выполнения ТЦП и качество плана задействования средств (ПЗС) НАКУ, а также для оценки эффекта от мероприятий, направленных на парирование их воздействия на характеристики планирования, были разработаны соответствующие модели (рис. 1).
Рис. 1. Модели оценки характеристик оперативности планирования и качества плана задействования ТС НАКУ: ТЦП — технологический цикл планирования; НАКУ — наземный автоматизированный комплекс управления; НСИ — нормативно-справочная информация; ОГ КА — орбитальная группировка космических аппаратов; МССПД — мультисервисная система связи и передачи данных; НУ — начальные условия; ЗРВ — зона радиовидимости; ПЗ С — план задействования средств; КС — конфликтная ситуация; ИД — исходные данные
Имитационная модель выполнения ТЦП позволяет производить создание и настройку параметров циклов планирования, накопление статистических данных по их исполнению и, на основе их анализа, получение временных характеристик выполнения (операций) ТЦП, в т. ч. оперативности планирования.
Имитационная модель формирования ПЗС, в свою очередь, передаёт в имитационную модель выполнения ТЦП временные параметры для ПЗС, разработанного для исходных данных, определённых в блоке генерации исходных данных, а также на выходе выдаёт характеристики сформированного ПЗС, отражающие качество плана (в общей постановке качество плана определяется полнотой удовлетворения требований центров управления КА на проведение сеансов связи (СС) при рациональном расходовании ресурса ТС НАКУ) [1].
В рамках настоящего исследования были сформулированы и проанализированы основные факторы, влияющие на функционирование ЦСАКП, которые
должны быть учтены при его развитии, а также были разработаны и промоделированы варианты оцениваемых ситуаций, максимально правдоподобно соответствующие текущей и планируемой наземной и космической обстановке.
В результате анализа были выявлены основные факторы, оказывающие наибольшее влияние на решение целевых задач ЦСАКП в части оперативности выполнения ТЦП:
• наличие критических процессов при решении целевых задач, а именно: идентификация и разрешение конфликтных ситуаций (КС), согласование с абонентами вариантов их разрешения, контроль статуса СС в проекте ПЗС, формирование ПЗС и плана задействования каналов связи (ПЗКС);
• контроль и анализ корректности, а именно — процессы контроля поступления заявок от центров управления полётами (ЦУП) КА, анализ корректности заполнения заявок, регистрация заявок в журнале, регистрация и подпись (ПЗС, выписки, распоряжения);
• формирование, учёт, архивация, а именно — процессы окончательного формирования документов планирования (печать ПЗС, ПЗКС, выписок из ПЗС для ЦУП КА, распоряжений на задействование средств для оперативно-технических пунктов управления (ОТПУ) командно-измерительными комплексами (КИП) и ОТПУ Центра координации, эксплуатации и развития, а также пункта управления мультисервисной сетью связи и передачи данных);
• процессы доведения, определяющие объём временных затрат на доставку и согласование документов (доведение документов до абонентов, получение подтверждений о принятых распоряжениях и выписках, контроль получения квитанции (отметка о получении), архивация документов).
Факторы, оказывающие наибольшее влияние на качество плана задействования средств НАКУ:
• возрастание числа космических аппаратов и, как следствие, количества и сложности КС при планировании применения ТС НАКУ;
• итеративное согласование предварительных вариантов плана применения ТС (распределения ресурсов) с потребителями/абонентами;
• возрастание объёма обрабатываемой информации при планировании, координации и контроле результатов применения ТС НАКУ.
В связи с тем, что планирование представляет собой непрерывный целенаправленный процесс, в ЦСАКП должен быть применен комплексный подход к автоматизации процессов различных видов планирования.
Комплексность подхода заключается в согласованной автоматизации отдельных операций ТЦП путём разработки и внедрения соответствующего программно-методического обеспечения, позволяющего при совместном применении разработок достичь требуемого уровня автоматизации всего ТЦП. Примером успешного опыта в применении такого подхода является разработанный комплект средств управления полётом, обеспечивающий поддержку планирования полёта КА и автоматизированное выполнение графика работы наземных средств для широкого диапазона видов орбит [4].
С учётом изученного опыта и в целях парирования негативного влияния выявленных факторов были определены основные направления развития ЦСАКП:
• обеспечение разрешения КС при планировании задействования ТС НАКУ и разработка оптимальных ПЗС с учётом существующих ресурсных ограничений;
• обеспечение информационного обмена между ЦСАКП, осуществляющим планирование задействования средств, и абонентами в условиях наращивания объёма информационных потоков;
• оперативное информирование специалистов ЦСАКП об изменении наземной и космической ситуации;
• мониторинг и подготовка данных для анализа наземной и космической ситуации при планировании применения ТС НАКУ;
• информационная поддержка специалистов ЦСАКП при выполнении операций ТЦП.
Далее по каждому из представленных направлений рассмотрим перечень мероприятий и перспективных разработок.
Одной из основных проблем, значительно влияющих как на оперативность, так и на качество планирования, является необходимость разрешения КС6 при формировании ПЗС НАКУ. Блок-схема процесса разрешения КС при формировании ПЗС представлена на рис. 2.
Эта проблема характерна для каждого из видов планирования. При долгосрочном, ввиду вариативности исходных данных, необходимо построение нескольких вариантов плана, исходя из статистически вероятных воздействий негативных факторов (неисправности отдельных элементов наземного комплекса управления, нештатные ситуации на борту КА и др.), что позволяет сохранять адекватность плана в определённых пределах действий факторов на последующих этапах [5].
6
Под конфликтной понимается ситуация, в которой идентифицирован заказ на задействование одного и того же неделимого ресурса (ТС НАКУ) в пересекающиеся интервалы времени для управления разными КА или невозможность предоставления заказываемого ресурса (ТС НАКУ) по причинам, не принимавшимся во внимание при разработке частных проектов плана для управления КА различных космических комплексов.
ОП, коррекция
Проект 11УС с КС
НСИ
Сведения об ограничениях по применению ТС НАКУ
ЗРВ КА
Параметр™ расчёта вариантов ПЗС
При оперативном планировании решается многовариантная оптимизационная задача распределения ресурса ТС НАКУ для управления орбитальной группировкой КА, поэтому на основе заданных параметров расчёта ПЗС строится множество вариантов ПЗС, и производится выбор оптимального на основе предпочтения лица, принимающего решение.
При текущем планировании, проводящемся в большинстве случаев в условиях жёстких времен-менных ограничений, основным влияющим фактором является оперативность выработки рационального (удовлетворительного) варианта ПЗС [6].
Стоит отметить, что, как видно из рис. 2, при проведении различных видов планирования используется свой набор исходных (и выходных) данных, однако задача разрешения КС является типовой.
Для решения этой задачи отечественные и зарубежные специалисты предлагают использование различных подходов и алгоритмов [7-10], отличающихся учитываемыми наборами ограничений, используемыми целевыми функциями планирования, исходными данными для планирования и пр. Однако указанные подходы не позволяют в полной мере учесть специфику решаемых ЦСАКП задач, включая различные виды ограничений на применение средств управления КА и особенности организации работ при управлении ОГ КА НСЭН.
Предлагаемый авторами способ разрешения КС заключается в построении цепочек перемещения (ЦП) реализации плана СС на иную
применимую зону радиовидимости относительно изначально заказываемой, которые итерационно наращиваются звеньями в случае возникновения (порождения) новых КС и до тех пор, пока не будет построена ЦП, обеспечивающая окончательное разрешение КС, или не будет достигнуто условие прекращения построения ЦП [11]. Пример реализации этого способа представлен на рис. 3.
Бесконфликтный проект 11ЗС
БД ПК ЦСАКМ
ДП
Расчёт вариантов
ПЗС при ^ разрешении КС
Варианты ПЗС 1
Формирование характеристик вариантов ПЗС
Выбор ЛПР предпочтительного варианта ПЗС
11С И
Планы проведения ТО ТС НАКУ
Сведения о ТТ СУ КА
ЗРВ КА
Перечень рассматриваемых сценариев
Варианты ПЗС сия характеристиками
Программа расчёта вариантов ПЗС при разрешении КС
Хар акте ристи ки НАКУ тто управлению ОГ КА
БД ПК ИСАКИ
Рис. 2. Блок-схема процесса разрешения конфликтных ситуаций при формировании плана: ОП — оперативное планирование; ДП — долгосрочное планирование; БД ПК ЦСАКП — база данных программных комплексов ЦСАКП; ПЗС — план задействования средств; КС — конфликтная ситуация; НСИ — нормативно-справочная информация; ЗРВ КА — зоны радиовидимости космического аппарата; ТО — техническое обслуживание; ТС НАКУ — технические средства наземного автоматизированного комплекса управления; ТЦУ — технологические циклы управления
Исходная ситуация
Результаты работы способа
№ ннт-ла КА, КА, КА,
1 21{ЗРВа"Х
2 .12(ЗРВ*)»->22(СС>/
3 Ч13<СС}<- ------------------«ЗЗ(СС)
№ инт-ла КА, КА, КА,
1 21{СС)
► 2 12<СС) 22(ЗРВ")
3 13(3рв») ЗЗ(СС)
Рис. 3. Схема реализации способа разрешения конфликтных ситуаций: № интервала — условный номер временного интервала суток, используемый для удобства рассмотрения принципа работы способа; КА1,..., КА3 — условные наименования космических аппаратов; СС — сеанс связи с КА; ЗРВк — зона радиовидимости КА на технических средствах наземного контура управления (ТС НКУ), реализация в рамках которой СС приведёт к конфликту при применении технического средства; ЗРВбк — зона радиовидимости КА на ТС НКУ, реализация в рамках которой СС не приведёт к конфликту при применении ТС; штрих-пунктирная линия красного цвета означает идентифицированную конфликтную ситуацию; сплошная линия зелёного цвета означает осуществляемое перемещение реализации сеанса связи Примечание. Получен патент РФ на изобретение № 2566171 [12].
с учетом
Г
за-
Преимуществами применения способа являются:
• построение рационального (субоптимального) плана с возможностью настройки вида критерия выбора варианта плана и набора учитываемых ограничений;
• высокая оперативность построения ПЗС НАКУ за счёт отсечения нерациональных сценариев разрешения КС;
• адаптация плана к изменению космической и наземной обстановки (оперативная коррекция) без необходимости его полного перестроения.
Разработана программная реализация указанного способа [13], которая позволяет пользователю производить:
• автоматизированные создание и расчёт вариантов плана данных оператором параметров (ограничений, правил и пр.)
• визуализацию результатов, в т. ч. сравнения вариантов плана, а также характеристик построенных вариантов плана;
• интерактивную корректировку и выбор рационального варианта плана для его последующего утверждения и доведения до участников процесса планирования (ЦУП, ОТПУ КИП).
Особо остро вопрос соблюдения требуемой оперативности планирования задействования средств встаёт при функционировании ЦСАКП в режиме текущего планирования, когда превышение нормативного времени реализации ТЦП может привести к дезорганизации управления ОГ. Для обеспечения выполнения нормативных требований к основным показателям оперативного и текущего планирования при разработке ПЗС предлагается метод превентивного разрешения КС [14].
Использование данного метода позволяет сократить время планирования за счёт существенного уменьшения количества итераций (вплоть до полного их исключения) при согласовании времени проведения сеансов связи. Это возможно за счёт передачи в центр управления полётами КА листингов свободных зон (ЛСЗ), представляющих собой гарантированно бесконфликтные свободные временные интервалы. В такие интервалы возможно включение в план задействования средств сеанса связи без возникновения конфликтной ситуации. На рис. 4 приведена схема текущего планирования (коррекции) применения технических средств НАКУ с использованием и без использования ЛСЗ.
Рис. 4. Схема текущего планирования применения ТС НАКУ (без использования
ЛСЗ и с его применением): ЦУП КА — Центр управления полётами космических аппаратов; ЗРВ — зона радиовидимости; СС — сеанс связи; ТС НАКУ — технические средства наземного автоматизированного комплекса управления; КС — конфликтная ситуация; РЗРВ — резервная зона радиовидимости; ПЗС — план задействования средств; КИП — командно-измерительный пункт
Кроме того, использование предложенного метода позволяет реализовать концепцию «гибкого» планирования сеанса управления, когда при отсутствии временного интервала требуемой длительности специалист по планированию ЦУП КА на основании представленных ЛСЗ может декомпозировать сеанс управления на несколько сеансов связи меньшей длительности.
С ростом количества абонентов ЦСАКП (ЦУПы КА, Центр анализа информации, ОТПУ КИП) увеличивается актуальность вопроса максимальной автоматизации процессов информационного обмена с ними. Для этого разработана программа автоматизированной регистрации документов, ведения электронного журнала и пакетной печати документов, что позволило повысить оперативность планирования в целом и обеспечить снижение нагрузки на специалистов ЦСАКП.
На рис. 5 показано, что для текущего количества абонентов внедрение этих функций позволяет сократить время выполнения операций информационного обмена приблизительно в два раза. С учётом прогноза развития наземного и орбитального сегментов внедрение автоматизированной регистрации и архивации позволит обеспечить выполнение требований к опе-ративности7 информационного обмена в допусках на уровне 2025-2030 гг.
Другим фактором, от которого зависит оперативность решения задач планирования задействования средств, является время реакции специалистов ЦСАКП на изменение ситуации. Для учёта этого фактора разработана и внедрена программа оперативного оповещения специалистов об изменении ситуации. Оповещение может отличаться в зависимости от характера поступившей информации, а также текущей наземной и космической ситуации. Это позволяет специалисту оперативно принять решение о срочности обработки поступивших сведений.
Временное положение по взаимодействию ЦСАКП с абонентами при оперативном планировании применения средств НАКУ КА НСЭН и измерений (первая очередь). ФГУП ЦНИИмаш, 2009 г.
Количество абонентов
Рис. 5. Зависимость времени выполнения операций информационного обмена (ИО) при реализации ТЦП от количества абонентов: — время без использования предложений по совершенствованию реализации ИО; ™ — время с использованием предложений по совершенствованию реализации ИО; — норматив
Использование оповещения об изменении ситуации, как правило, может лишь косвенно влиять на время принятия решения, но позволяет раньше приступить к процессу принятия решения (рис. 6).
Следующим направлением является мониторинг и подготовка данных для анализа сложившейся ситуации.
Мониторинг — это регистрация и обработка больших объёмов разнородной информации, результаты которой должны задавать условия и ограничения при составлении ПЗС НАКУ.
Сведения о текущей обстановке, необходимые для оперативной оценки сложившейся ситуации при планировании задействования ТС НАКУ, наглядно представляются в схематическом виде. Индикация состояния средств управления осуществляется как с точки зрения работоспособности, так и с точки зрения текущего задействования. Для КА осуществляется индикация их состояния и наличия сеансов связи, проводимых в текущий момент времени.
Для проведения предметного анализа используются детализированные сведения по состоянию ТС НАКУ, по орбитальному построению ОГ КА, состоянию бортовой аппаратуры КА и возможности целевого применения КА.
В связи с возрастающей нагрузкой на специалистов ЦСАКП возникает необходимость в их информационной поддержке при выполнении операций ТЦП для повышения качества и оперативности решения возложенных на них
Время, требуемое для оповещения (~1 мин)
\
Г
С оповещением об изменении ситуации
Без оповещения об изменении ситуации
задач. Достичь этого возможно с помощью применения системы оперативного контроля выполнения операций ТЦП. Её использование позволяет избавить специалистов от проведения трудоёмкого многофакторного анализа сложившейся ситуации путём выдачи рекомендаций о последовательности требуемых к исполнению действий и выбору средств для их реализации. Такая система обеспечивает не только контроль выполнения ТЦП, но и формирование статистических данных по результатам их исполнения.
На рис. 7 представлен график, схематически отражающий прогнозируемое
Наступление события
M
Повышение оперативности реагирования на изменение ситуаций
ч
M
Процесс принятия решений I
11роцесс при няч'ия решения
I
К 7
Начало процесса принятия решения
Бремя
Окончание процесса принятии решения
Рис. 6. Схематическое представление принципа повышения оперативности реагирования на изменение ситуации
значение достижимых характеристик ЦСАКП в зависимости от объёма (комплекса) реализованных мероприятий по автоматизации процессов планирования.
Рис. 7. Прогноз достижимых характеристик ЦСАКП в зависимости от объёма реализованных мероприятий по автоматизации процессов планирования: ось абсцисс — ось времени, по которой отложен выполняемый комплекс мероприятий по автоматизации процессов планирования средств НАКУ; ось ординат — время выполнения технологического цикла планирования (ТЦП); — регламентное время ТЦП; ШЭ — штатная эксплуатация;
ЛИ — лётные испытания; ИО — информационный обмен
На рис. 7 представлены следующие характеристики ЦСАКП:
• по количеству КА, обеспечение управления которыми производится с применением ЦСАКП;
• по количеству обрабатываемых сеансов связи, заказываемых в интересах обеспечения управления КА на суточном интервале времени;
• по обеспечиваемому количеству информационных взаимодействий ЦСАКП с внутренними и внешними абонентами.
Из данных, представленных на рис. 7, видно, что при выполнении всего комплекса предлагаемых мероприятий ЦСАКП будет способен обеспечить управление не менее 40 КА, обработать не менее 300 СС на суточном интервале. При этом ограничение на максимальное количество информационных взаимодействий с абонентами будет опосредованно формироваться, исходя из вышеуказанных параметров.
На настоящее время разработано или находится на стадии разработки программно-методическое обеспечение предлагаемых технических решений. Сроки внедрения предлагаемых мероприятий, позволяющих решить возникающие проблемы функционирования ЦСАКП, зависят от содержания и сроков реализации соответствующих опытно-конструкторских работ.
Для соответствия ЦСАКП в средне-и долгосрочной перспективе тенденциям развития ОГ КА в области ближнего и дальнего космоса (создание системы «Сфера», появление обслуживаемых КА, создание межорбитальных буксиров, развёртывание лунной базы и пр.)8 и зарождающимся в связи с этим новым принципам организации управления космическими системами [15, 16] является целесообразным выполнение следующих мероприятий:
• разработка имитационной модели функционирования системы «ОГ КА -ТС НАКУ» и методов оценки устойчивости этой системы с учётом изменения состава и состояния ОГ КА и ТС НАКУ;
8 Основные положения Основ государственной политики Российской Федерации в области космической деятельности на период до 2030 г. и дальнейшую перспективу (утв. Президентом РФ от 19 апреля 2013 г. № Пр-906).
• разработка технологий планирования, в т. ч. с использованием элементов искусственного интеллекта, позволяющих:
- учитывать возможность реконфигурации контура управления КА в случаях оперативного перехода с планового на ситуационное управление КА;
- осуществлять пооперационное управление КА из состава О Г, исходя из состояния ОГ и решаемых с её применением задач.
В силу того, что традиционные подходы к управлению не могут быть эффективно применены к перспективным многоспутниковым группировкам, одним из перспективных вариантов решения задачи планирования задействования ТС НАКУ [3] является использование мультиагентных технологий. При этом подходе решение задачи составления ПЗС и его оперативной коррекции будет строиться путём самоорганизации, взаимодействия и переговоров большого числа очень простых агентов9, непрерывно конкурирующих и кооперирующихся друг с другом для выработки (достижения) удовлетворительного (концессуального) решения. В основу мультиагентной системы планирования может быть положен способ разрешения КС, суть которого раскрыта ранее в статье.
Выводы
Основными проблемными вопросами функционирования ЦСАКП, определяемыми перспективами развития наземной и космической инфраструктуры, являются:
• увеличение временных затрат на выполнение технологических циклов планирования, превышающих нормативные значения;
• необходимость обеспечения требуемого качества планирования задействования ТС НАКУ с возрастанием нагрузки на средства коллективного доступа.
С применением моделей оценки оперативности планирования и качества плана задействования средств НАКУ выявлены факторы, способствующие возникновению проблем, среди которых:
9 Агент — это автономный программный объект, способный достигать поставленных целей в условиях неопределённости путём выработки и анализа вариантов принятия решений и согласованного взаимодействия с другими агентами.
• увеличение количества КС;
• возрастающая сложность разрешения КС;
• необходимость дополнительного согласования документов (итеративность);
• увеличение объёма обрабатываемой информации при планировании, координации и контроле результатов применения ТС НАКУ.
Разрешение проблем заключается в парировании негативного влияния выявленных факторов путём внедрения в модернизированный ЦСАКП программно-методического обеспечения для решения задач адаптивного планирования, а также в автоматизации следующих направлений выполнения ТЦП:
• мониторинг наземной и космической ситуации при планировании применения ТС НАКУ;
• подготовка исходных данных для анализа ситуации;
• оперативное оповещение специалистов об изменении ситуации;
• внедрение листингов свободных зон;
• автоматизация процесса разработки вариантов плана при разрешении КС;
• автоматизация доведения документов до абонентов;
• внедрение системы информационной поддержки специалистов ЦСАКП.
Научный и конструкторский задел ЦСАКП в области разработки и реализации автоматизации технологий планирования ресурсов технических средств НАКУ может быть использован при создании наземной компоненты перспективной космической инфраструктуры «Сфера».
Список литературы
1. Максимов А.М., Райкунов Г.Г., Шучев В.Г. Научно-технические проблемы развития наземного автоматизированного комплекса управления космическими аппаратами научного и социально-экономического назначения // Космонавтика и ракетостроение. 2011. № 4(65). С. 5-12.
2. Кисляков М.Ю., Логачев Н.С., Петушков А.М. Системно-технические аспекты развития НАКУ КА НСЭН и измерений до 2025 года // Ракетно-космическое приборостроение и информационные системы. 2016. Т. 3. № 1. С. 62-71.
3. Галузин В.А., Кутоманов А.Ю., Матюшин М.М., Скобелев П.О. Обзор современных методов планирования перспективных космических средств / / Мехатроника, автоматизация, управление. 2020. Т. 21. № 11. С. 639-650.
4. Harris W., Blake R, Woods D., etc. Mission planning for constellations. Режим доступа: http://arc.aiaa.org/doi/ pdf/10.2514/6.2002-T3-04 (дата обращения 06.09.2021 г.).
5. Дудко А.Н., Кучеров Б.А., Литвиненко А.О. Методические основы оценки достаточности ресурса технических средств наземного комплекса для управления орбитальной группировкой космических аппаратов // Космонавтика и ракетостроение. 2021. № 3(120). С. 48-58.
6. Дудко А.Н., Кучеров Б.А., Литвиненко А. О., Сохранный Е.П. Метод повышения оперативности планирования задействования средств управления космическими аппаратами научного и социально-экономического назначения // Космонавтика и ракетостроение. 2016. № 1(86). С. 103-109.
7. Barbulescu L., Watson J.-P., Whitley D., etc. Scheduling space-ground communications for the Air Force Satellite Control Network // Journal of Scheduling. 2004. V. 7. № 1. P. 7-34.
8. Bagchi T.P. Near optimal ground support in multi-spacecraft missions: A GA model and its results // IEEE Transactions on Aerospace and Electronic Systems. 2009. V. 45. № 3. P. 950-964.
9. Song Y.-J, Zhang Z.-S, Song B.-Y, etc. Improved genetic algorithm with local search for satellite range scheduling system and its application in environmental monitoring // Sustainable Computing: Informatics and Systems. 2019. V. 21. P. 19-27.
10. Marinelli F, Nocella S, Rossi F, etc. A Lagrangian heuristic for satellite range scheduling with resource constraints // Computers & Operations Research. 2011. V. 38. № 11. P. 1572-1583.
11. Дудко А.Н., Кучеров Б.А., Литви-ненко А.О., Сохранный Е.П. Метод планирования бесконфликтного задействования наземных технических средств при обеспечении управления группировкой космических аппаратов // Космонавтика и ракетостроение. 2014. № 1(74). С. 155-163.
12. Патент RU 2566171 C2. Российская Федерация. Способ разрешения
конфликтных ситуаций при управлении полётами космических аппаратов; Дуд-ко А.Н., Кучеров Б.А., Литвиненко А.О., Овечко В.М., Паздников В.Ю., Сохранный Е.П.; патентообладатель — ФГУП ЦНИИмаш; заявка 2014101209/11 от 16.01.2014 г. // Бюллетень № 29, опубликовано 20.10.2015 г.
13. Литвиненко А.О. Программный комплекс автоматизированного планирования задействования средств наземного автоматизированного комплекса управления // Труды МАИ. 2016. № 86. С. 1-19. Режим доступа: http://trudymai.ru/ риЫ1$квй.ркр?1В=67829 (дата обращения 06.09.2021 г.).
14. Алексахина А.А., Дудко А.Н., Кучеров Б.А., Литвиненко А. О., Хроменков А.С. Метод превентивного разрешения конфликтных ситуаций при планиро-
вании задействования средств управления космическими аппаратами // Космонавтика и ракетостроение. 2017. № 2(95). С. 46-54.
15. Кукушкин С.С., Потюпкин А.Ю., Николаев Б.П. Методологические основы создания малогабаритных космических аппаратов и управления многоспутниковыми группировками // Двойные технологии. 2008. № 2(43). С. 45-50.
16. Потюпкин А.Ю., Данилин Н.С., Селиванов А.С. Кластеры малоразмерных космических аппаратов как новый тип космических объектов // Ракетно-космическое приборостроение и информационные системы. 2017. Т. 4. № 4. С. 45-56.
Статья поступила в редакцию 13.01.2022 г. Окончательный вариант — 18.04.2022 г.
References
1. Maksimov A.M., Raikunov G.G., Shuchev V.G. Nauchno-tekhnicheskie problemy razvitiya nazemnogo avtomatizirovannogo kompleksa upravleniya kosmicheskimi apparatami nauchnogo i sotsial'no-ekonomicheskogo naznacheniya [Scientific and technical problems in the development of the ground-based computerized system for controlling spacecraft for scientific and socio-economic applications]. Kosmonavtika i raketostroenie, 2011, no. 4(65), pp. 5-12.
2. Kislyakov M.Yu., Logachev N.S., Petushkov A.M. Sistemno-tekhnicheskie aspekty razvitiya NAKU KA NSEN i izmerenii do 2025 goda [Systems engineering aspects of developing ground-based computerized system for controlling spacecraft for scientific and socio-economic applications and measurements till 2025]. Raketno-kosmicheskoe priborostroenie i informatsionnye sistemy, 2016, vol. 3, no. 1, pp. 62-71.
3. Galuzin V.A., Kutomanov A.Yu, Matyushin M.M., Skobelev P.O. Obzor sovremennykh metodov planirovaniya perspektivnykh kosmicheskikh sredstv [A review of modern methods of planning advanced space equipment]. Mekhatronika, avtomatizatsiya, upravlenie, 2020, vol. 21, no. 11, pp. 639-650.
4. Harris W., Blake R., Woods D., etc. Mission planning for constellations. Available at: http://arc.aiaa.org/doi/ pdf/10.2514/6.2002-T3-04 (accessed 06.09.2021).
5. Dudko A.N., Kucherov B.A., Litvinenko A.O. Metodicheskie osnovy otsenki dostatochnosti resursa tekhnicheskikh sredstv nazemnogo kompleksa dlya upravleniya orbital'noi gruppirovkoi kosmicheskikh apparatov [Methodological foundations for evaluating the adequacy of service life of the hardware for the ground-based system controlling an orbital constellation of spacecraft]. Kosmonavtika i raketostroenie, 2021, no. 3(120), pp. 48-58.
6. Dudko A.N., Kucherov B.A., Litvinenko A.O., Sokhrannyi E.P. Metod povysheniya operativnosti planirovaniya zadeistvovaniya sredstv upravleniya kosmicheskimi apparatami nauchnogo i sotsial'no-ekonomicheskogo naznacheniya [A method to improve the responsiveness of planning the use of assets controlling spacecraft for scientific and socio-economic applications]. Kosmonavtika i raketostroenie, 2016, no. 1(86), pp. 103-109.
7. Barbulescu L., Watson J.-P., Whitley D., etc. Scheduling space-ground communications for the Air Force Satellite Control Network. Journal of Scheduling, 2004, vol. 7, no. 1, pp. 7-34.
8. Bagchi T.P. Near optimal ground support in multi-spacecraft missions: A GA model and its results. IEEE Transactions on Aerospace and Electronic Systems, 2009, vol. 45, no. 3, pp. 950-964.
9. Song Y.-J, Zhang Z.-S, Song B.-Y., etc. Improved genetic algorithm with local search for satellite range scheduling system and its application in environmental monitoring. Sustainable Computing: Informatics and Systems, 2019, vol. 21, pp. 19-27.
10. Marinelli F., Nocella S., Rossi F, etc. A Lagrangian heuristic for satellite range scheduling with resource constraints. Computers & Operations Research, 2011, vol. 38, no. 11, pp. 1572-1583.
11. Dudko A.N., Kucherov B.A., Litvinenko A.O., Sokhrannyi E.P. Metod planirovaniya beskonfliktnogo zadeistvovaniya nazemnykh tekhnicheskikh sredstv pri obespechenii upravleniya gruppirovkoi kosmicheskikh apparatov [A method for non-conflicting scheduling of ground-based engineering assets when supporting control of an orbital spacecraft constellation]. Kosmonavtika i raketostroenie, 2014, no. 1(74), pp. 155-163.
12. Patent RU 2566171 C2. Russian Federation. Sposob razresheniya konfliktnykh situatsii pri upravlenii poletami kosmicheskikh apparatov [Method for conflict resolution in spacecraft flight control]; Dudko A.N., Kucherov B.A., Litvinenko A.O., Kutomanov A.Yu., Siranchuk D.S.; the patent owner — Central Research Institute for Machine Building; application 2014101209/11 of 16.01.2014. Bulletin no. 29, published 20.10.2015.
13. Litvinenko A.O. Programmnyi kompleks avtomatizirovannogo planirovaniya zadeistvovaniya sredstv nazemnogo avtomatizirovannogo kompleksa upravleniya [Software package for computerized scheduling of ground-based assets of a computerized control system]. Trudy MAI, 2016, no. 86, pp. 1-19. Available at: http://trudymai.ru/published.php?ID=67829 (accessed 06.09.2021).
14. Aleksakhina A.A., Dudko A.N., Kucherov B.A., Litvinenko A.O., Khromenkov A.S. Metod preventivnogo razresheniya konfliktnykh situatsii pri planirovanii zadeistvovaniya sredstv upravleniya kosmicheskimi apparatami [A method for preventive resolution of scheduling conflicts for spacecraft controlling assets]. Kosmonavtika i raketostroenie, 2017, no. 2(95), pp. 46-54.
15. Kukushkin S.S., Potyupkin A.Yu., Nikolaev B.P. Metodologicheskie osnovy sozdaniya malogabaritnykh kosmicheskikh apparatov i upravleniya mnogosputnikovymi gruppirovkami [Methodological foundations for development of small spacecraft and controlling multi-satellite constellations]. Dvoinye tekhnologii, 2008, no. 2(43), pp. 45-50.
16. Potyupkin A.Yu., Danilin N.S., Selivanov A.S. Klastery malorazmernykh kosmicheskikh apparatov kak novyi tip kosmicheskikh ob»ektov [Clusters of small spacecraft as a new type of space objects]. Raketno-kosmicheskoe priborostroenie i informatsionnye sistemy, 2017, vol. 4, no. 4, pp. 45-56.
