CC BY
191
3. Naser-Moghadasi M. Compact UWB Planar monopole antenna [Text] / M. Naser-Moghadasi, H. Rousta, B.S. Virdee // IEEE Antennas and wireless propagation letters. - 2009. - Vol. 8. - P. 1382-1385.
4. Revision of Part 15 of the Commission's Rules Regarding Ultra-Wideband Transmission Systems Microwave studio; version 4. - CST, 2002.
[Text]. - Federal Communications Commission, FCC 02-48. - 2002. - 118 p.
5. Wadell B.C. Transmission line design handbook [Text] / B. C. Wadell. - Artech House, 1991. - 544 p.
6. HF design and analysis: tutorials [Text] / CST
£
Артюшенко В.М. Artuschenko V.M.
доктор технических наук, профессор, проректор по информационным технологиям Финансово-технологической академии, Россия, г. Уфа
Кучеров Б.А. Kucherov B.A.
аспирант
Финансово-технологической академии, Россия, г. Уфа
УДК 681.5.034
ПОВЫШЕНИЕ ОПЕРАТИВНОСТИ БЕСКОНФЛИКТНОГО УПРАВЛЕНИЯ ГРУППИРОВКОЙ КОСМИЧЕСКИХ АППАРАТОВ В УСЛОВИЯХ РЕСУРСНЫХ ОГРАНИЧЕНИЙ
В данной статье рассматриваются вопросы, связанные с повышением оперативности бесконфликтного управления группировкой космических аппаратов (КА) в условиях ресурсных ограничений путем разработки автоматизированной системы (АС) распределения средств управления (РСУ) КА. Приводится краткое описание процесса РСУ КА. Рассматривается структура наземного комплекса управления КА с описанием основных ее элементов. Приводится краткое описание процесса проведения сеанса связи с КА. Освещается вопрос возникновения конфликтных ситуаций при РСУ КА. Приводится схема взаимодействия органа планирования с абонентами. Сформулированы основные требования к АС РСУ КА, приводится ее описание. Предложены варианты обмена с абонентами, проведен их сравнительный анализ. Освещается вопрос разрешения конфликтных ситуаций. Приводится структурная схема программного обеспечения АС РСУ КА.
Ключевые слова: планирование, космический аппарат, наземный комплекс управления, автоматизированная система распределения средств управления.
INCREASING EFFICIENCY OF CONFLICT-FREE CONTROL FOR SPACECRAFT CONSTELLATION WITH RESOURCE RESTRICTIONS
In this article considers issues related to increasing efficiency of conflict-free control for spacecraft constellation with resource restrictions by developing an automated system (AS) of distribution of control facilities (DCF) for spacecrafts. A brief description of the DCF process for spacecrafts is shown. Consider the structure of the ground control complex for spacecrafts with the description of its main elements. A brief description of the communication session with spacecraft is shown. Addresses the issue of conflict situations while DCF for spacecrafts.
The scheme of interaction with subscribers planning authority is shown. The basic requirements for an AS of DCF for spacecrafts are formulated, its description is shown. The variants of the exchange with the subscribers is shown, their comparative analysis is performed. Addresses the issue of conflict resolution. Flowchart of AS DCF for spacecrafts software is shown.
Key words: planning, spacecraft, ground control complex, automated system of distribution of control facilities.
В настоящее время в соответствии с Федеральной космической программой России на 20062015 годы проводится большой объем работ по укреплению и развитию космического потенциала Российской Федерации. Целью этих работ является расширение и повышение эффективности использования космического пространства в интересах решения экономических, социальных, научных и других задач. Наращивание орбитальной группировки в период 2009-2015 годы, с одной стороны, и использование малопунктной (2-4 наземных пункта) технологии управления космическими аппаратами (КА), с другой стороны, предъявляет новые требования к процессу оперативного управления группировкой КА [1, 2].
Одной из основных составляющих процесса оперативного управления группировкой КА является процесс планирования задействования средств наземного комплекса управления (НКУ) КА, заключающийся в распределении средств управления (РСУ) КА, а именно их временного ресурса. В свою очередь к процессу планирования задействования средств НКУ также предъявляются новые требования, а именно требования в части оперативности распределения ресурса средств НКУ с целью наиболее полного удовлетворения заявок центров управления полетами (ЦУП) КА на проведение сеансов связи.
Основным принципом планирования задействования средств НКУ КА является принцип коллективного использования НКУ. Данный принцип заключается в том, что одни и те же средства применяются для управления КА различного назначения. Этот принцип обуславливает необходимость централизации функции планирования задействования средств НКУ КА, реализуемой единым органом - органом планирования.
Целью планирования является бесконфликтное распределение средств коллективного доступа (средств НКУ), а именно их временного ресурса, для обеспечения непрерывного, надежного и устойчивого управления КА в условиях ресурсных ограничений. Под конфликтной ситуацией с точки зрения задействования средств НКУ понимается ситуация, когда возникает необходимость задействования одних и тех же средств НКУ, в одно и то же время, для разных КА, а также противоречие заявки существующим ресурсным ограничениям.
Процесс планирования задействования средств НКУ в условиях ресурсных ограничений, влекущих за собой возможное возникновение конфликтных ситуаций, является сложной и трудоемкой задачей, поэтому он должен осуществляться в соответствии с определенной технологией планирования. Наиболее существенное влияние на оперативное управление группировкой КА оказывают оперативное и текущее планирование, которое можно представить в виде нижеприведенной последовательности действий:
- получение заявок от ЦУП КА на задействование средств НКУ для обеспечения управления КА в ходе сеансов связи с ними;
- разработка предложений в план задействования средств (ПЗС) НКУ с учетом ресурсных ограничений;
- принятие решения об утверждении ПЗС НКУ, формирование распоряжений на задействование конкретных средств НКУ, формирование выписок из ПЗС для ЦУП КА;
- доведение распоряжений и выписок до абонентов.
Результаты планирования реализуются в разрабатываемых ПЗС и последующих управляющих воздействиях в виде распоряжений на задействование средств НКУ. Практика показывает, что для повышения оперативности планирования необходима автоматизация вышеприведенных задач путем разработки автоматизированной системы (АС) распределения временного ресурса средств управления КА.
Как известно, для оперативного управления полетом КА и контролем работы его бортовых систем используется НКУ, представляющий собой совокупность наземных радиотехнических и вычислительных средств, с соответствующим методическим и математическим обеспечением. Структурная схема НКУ КА представлена на рис. 1 [3].
В состав НКУ КА входят: центры управления полетом (ЦУП) КА; средства управления КА, расположенные на командно-измерительных пунктах (КИП); система связи и передачи данных (ССПД). НКУ КА состоит из НКУ конкретных КА, то есть из НКУ КА , НКУ КА , ..., НКУ КА . При этом НКУ различных КА могут пересекаться между собой, то есть одно и то же средство управления может входить в состав НКУ нескольких КА.
ЦУ1ЕКА IPHKA ГОШКЛ
Рис. 1. Схема наземного комплекса управления космическими аппаратами
Центр управления полетом - орган, осуществляющий централизованное оперативно-техническое руководство всем комплексом работ (процессов, операций) по управлению полетами одного или нескольких КА одного типа.
Средства управления КА представляют собой унифицированные командно-измерительные станции, предназначенные как для передачи на КА командно-программной информации, так и для приема с КА телеметрической информации и ряда других задач.
Заметим, что связь между космическим аппаратом и средством управления может осуществляться только в зонах радиовидимости (ЗРВ).
Наряду с ЦУП КА командно-измерительный пункт является основным звеном НКУ КА. На каждом КИП организован пункт управления, осуществляющий общее руководство персоналом средств управления КА и контроль выполнения ими плана задействования средств.
Командно-измерительные пункты расположены равномерно по территории Российской Федерации таким образом, что с них обеспечивается контроль участков орбиты КА ближнего космоса на всех витках, проходящих не только над территорией РФ, но и над приграничными территориями. Кроме того, они позволяют обслуживать КА на геостационарной орбите в интервале долгот подспутниковых точек от ~28 до ~164° западной долготы,
включая все точки геостационарной орбиты восточной долготы, что составляет более половины геостационарной орбиты.
В указанном интервале размещены все действующие и планируемые перспективные отечественные геостационарные КА, выводимые как в соответствии с Федеральной космической программой, так и различными коммерческими программами. Такое количество и расположение КИП определяются как задачами обеспечения непрерывности управления КА, так и требованиями дублирования и резервирования. Схематическое расположение КИП представлено на рис. 2.
Для осуществления управления космическим аппаратом ЦУП в зонах радиовидимости проводит сеансы связи с помощью системы связи и передачи данных (ССПД).
Перед каждым сеансом связи осуществляется подготовка к его проведению, во время которой устанавливается соединение между ЦУП КА и средством управления. Затем осуществляется передача на средство управления технологической и другой необходимой информации, после чего осуществляется расчет программы работы аппаратуры станции.
Во время проведения сеанса связи средством управления осуществляется передача командно-программной информации на КА, прием телеметрической информации с КА, измерение текущих нави-
Рис. 2. Схематичное расположение командно-измерительных пунктов
гационных параметров движения КА и т. д. Заметим, что на сеансе связи может выполняться только часть из вышеперечисленных операций. В штатном режиме управление командно-измерительной станцией осуществляется из ЦУП КА. При нештатной ситуации управление станцией может осуществляться персоналом КИП, обслуживающим станцию.
После завершения сеанса связи персонал ЦУП подводит итоги сеанса связи. Осуществляется анализ полученной телеметрической информации. В случае выявления нештатной ситуации выясняются ее причины и составляется перечень мер для ее устранения (парирования). По итогам проведения сеанса связи может быть принято решение о проведении дополнительного (ранее не запланированного) сеанса связи.
В условиях ресурсных ограничений возможно возникновение конфликтных ситуаций при планировании задействования средств управления, когда возникает необходимость задействования одних и тех же средств в одно и то же время для разных КА или противоречие заявки и существующих ресурсных ограничений. Пересечение временных интервалов сеанса связи, указанного в заявке, и планового технического обслуживания средства управления также является конфликтной ситуацией. При увеличении числа КА, находящихся на орбите, возрастает нагрузка на средства НКУ, что приводит к увеличе-
нию количества конфликтных ситуаций.
Для обеспечения бесконфликтного использования средств управления необходимо централизованное планирование их задействования, реализуемое единым органом - органом планирования. Процесс планирования задействования средств управления КА заключается в распределении этих средств, а именно их временного ресурса.
Распределение временного ресурса осуществляется на основании заявок на задействование средств управления, поступающих от ЦУП КА. Каждая заявка сопровождается требованиями со стороны ЦУП КА (по уровню важности проведения той или иной операции на объекте и т. п.), то есть приоритетностью. По мере увеличения числа КА, находящихся на орбите, возрастает и число заявок.
Для построения функциональной модели органа планирования была выбрана методология функционального моделирования и графической нотации на основе стандарта IDEF0 (integrated definition), определена схема взаимодействия органа планирования с абонентами (рис. 3).
По результатам анализа предметной области были сформулированы требования к АС РСУ КА, основными из которых являются:
- просмотр, ввод и редактирование нормативно-справочной информации (сведения о КА, о средствах управления и т. д.);
Рис. 3. Схема взаимодействия органа планирования с абонентами
- информационный обмен органа планирования с абонентами;
- формирование и коррекция ПЗС;
- статистическая обработка данных о работе средств управления КА;
- формирование отчетов о работе средств управления КА и сведений о текущем состоянии НКУ КА;
- наличие контекстной справочной системы, позволяющей пользователю в процессе работы получить необходимую помощь;
- защита от несанкционированного доступа при помощи системы прав пользователей и индивидуальных паролей;
- печать входных и выходных документов, а также их экспорт в Microsoft Word.
Исходя из данных, полученных на этапе анализа, был принят ряд проектных решений по разрабатываемой автоматизированной системе, касающихся информационного, технического и программного обеспечения.
Так, в качестве системы управления базами данных (СУБД) была выбрана СУБД Oracle редакции Standard Edition с опцией Real Application Cluster (RAC), в качестве ОС серверов кластера - Oracle
Enterprise Linux, в качестве ОС клиентских компьютеров - Windows. Создан кластер на основе техно -логии Oracle RAC, состоящий из двух узлов (двух серверов), хранилища данных и коммутатора, объединяющего серверы во внутреннюю сеть, что позволило значительно повысить отказоустойчивость АС.
Для решения задачи информационного обмена органа планирования с абонентами было предложено использовать три варианта обмена.
Первый вариант - обмен через программу-клиента, устанавливаемую на стороне абонента. К достоинствам такого варианта можно отнести простоту и оперативность организации информационного обмена (достаточно установить специальное программное обеспечение (СПО) на существующий или новый компьютер в ЦУП КА), а также отсутствие необходимости доработки СПО ЦУП КА для реализации информационного обмена с органом планирования. Недостатком такого варианта является отсутствие интеграции информационного обмена в работу СПО ЦУП КА, что ведет к дополнительной нагрузке по вводу данных в СПО на оператора ЦУП КА [4].
Второй вариант - обмен непосредственно между базами данных (БД) органа планирования и абонента (рис. 4).
Прямой доступ к Oracle БД
«Прозрачный» доступ к не-Огас1е БД
БД абонента (Oracle)
Гетерогенный сервис СУБД Oracle
БД органа БД абонента
планирования (MS SQL Server
(Oracle) i ши Interbase)
Рис. 4. Схема информационного обмена органа планирования с внешними абонентами непосредственно между базами данных
К достоинствам такого варианта можно отнести возможность интеграции информационного обмена в работу СПО ЦУП КА. К недостаткам - необходимость доработки СПО как со стороны ЦУП КА, так и со стороны органа планирования. Доработка СПО со стороны органа планирования под каждый
ЦУП КА обусловлена тем, что БД каждого ЦУП КА является уникальной, и унификация обмена между БД затруднительна ввиду технических и организационных моментов [4].
Третий вариант - передача хт1-документов (рис. 5).
OñpuiVi
\ 111]-.НИЛ MCLÍIU II IWUIl'l.
щсдюшй
K i :. :. :> "р i:-iwijiiupmutiiltH
hjl органа
"ÍI]JJI1[4 . : 11 ■. *
ГлбЛИПы I¡Л
П^ММИШИЛИи ¡iinl' .документа И'J ¡ШЮИО IIWIVWHMX ' Ii ;(typii¡4i
ui П[\.(!>.':П'. ч
Рис. 5. Схема информационного обмена органа планирования с внешними абонентами хт1-документами
Файловый обмен может осуществляться через FTP-сервер или через стороннее ПО передачи файлов, работающее с локальными директориями. Обработка и формирование хт1-документов осуществляется в БД. При этом на компьютер обмена органа планирования устанавливаются службы приема и выдачи файлов.
Данный вариант организации информационного обмена является наиболее приоритетным. Его главными достоинствами являются унификация обмена органа планирования с ЦУП КА и возможность интеграции информационного обмена в работу СПО ЦУП КА. К недостаткам следует отнести необходимость доработки СПО ЦУП КА для реализации информационного обмена с органом планирования, а также необходимость в средствах передачи хт1-документов (например, FTP-сервер). Возможна комбинация данного варианта организации информационного обмена с предыдущим, то есть передача хт1-документов через обменные таблицы БД [4].
При поступлении входных документов осуществляется запись содержащихся в них сведений в БД органа планирования и выполняется контроль их корректности. После записи входных данных в БД они становятся доступными для дальнейшего использования.
После получения заявок (коррекций заявок) от ЦУП КА на задействование средств НКУ орган
планирования приступает к разработке предложений в ПЗС НКУ с учетом ресурсных ограничений, при этом выявляются и разрешаются все конфликтные ситуации [4].
Для разрешения конфликтных ситуаций был выбран алгоритм автоматизированного разрешения конфликтных ситуаций [5], с использованием системы приоритетности. Несмотря на очевидные достоинства, данный алгоритм имеет и недостаток: он позволяет разрешить конфликтную ситуацию лишь путем исключения из ПЗС конфликтного сеанса связи. Однако исключаемый сеанс может быть перенесен оператором на резервную ЗРВ исходя из данных, представляемых АС РСУ КА.
После разрешения конфликтных ситуаций осуществляется утверждение ПЗС (коррекции ПЗС), затем происходит формирование и передача выписок (коррекций выписок) из ПЗС и распоряжений (дополнительных распоряжений) на задействование средств управления внешними абонентами.
Для решения поставленных задач было разработано программное обеспечение АС на базе интегрированной среды Embarcadero C++ Builder XE2 из состава Embarcadero RAD Studio XE2, с использованием Devart Oracle Data Access Components (ODAC), Developer Express VCL, FastReport. Для создания объектов базы данных (хранимых процедур, функций, представлений, триггеров и т. д.) использовался Oracle SQL Developer.
На структурной схеме, представленной на рис. 6, отражены программы и входящие в их состав моду-
ли, составляющие специальное программное обеспечение АС распределения средств управления КА.
Рис. 6. Структурная схема программного обеспечения
Логическая взаимосвязь программ показана пунктирными линиями, сплошными - взаимодействие между программами, осуществляемое через базу данных органа планирования.
Таким образом, на основании проведенного анализа были сформулированы требования к разрабатываемой автоматизированной системе распределения средств управления космическими аппаратами. Построены инфологическая и даталогическая модели, позволившие спроектировать базу данных автоматизированной системы. Предложены варианты организации информационного обмена органа планирования с абонентами, проведен их сравнительный анализ.
В результате опытной эксплуатации было показано, что разработанная автоматизированная система позволяет значительно повысить оперативность составления и коррекции плана задействования средств наземного комплекса управления космическими аппаратами в условиях ресурсных ограни-
чений. При этом полностью исключается возможность возникновения конфликтных ситуаций.
Список литературы
1. Артюшенко В.М. Анализ систем управления космическим летательным аппаратом [Текст] /
B.М. Артюшенко, М.И. Видов // Информационные технологии. Радиоэлектроника. Телекоммуникации (ITRT-2011): сб. статей II Международной заочной научно-технической конференции / Поволжский гос. ун-т сервиса. - Тольятти: Изд-во ПВГУС, 2011. - С. 18-29.
2. Дудко А.Н. Метод оптимальной организации обработки заявок на проведение сеансов связи с космическими аппаратами научного и социально-экономического назначения [Текст] / А.Н. Дудко, А.Н. Золотарев, А.О. Литвиненко, Е.П. Сохранный // Космонавтика и ракетостроение. - Королев М.О.: Изд-во ЦНИИМАШ, 2011. - Т. 4. - № 69. -
C. 84-91.
3. Общие принципы построения наземного комплекса управления. Назначение и область применения наземного комплекса управления [Электронный ресурс] / http://www.sciential.ru/technology/kosmos/504.html.
4. Артюшенко В.М. Повышение эффективности оперативного управления группировкой космических аппаратов в условиях ресурсных ограничений [Текст] / В.М. Артюшенко, Б.А. Кучеров // Алгоритмические и программные средства в информационных технологиях, радиоэлектронике и телекоммуникациях: сб. статей I Международной заочной научно-технической
конференции. Ч. 1. / Поволжский гос. ун-т сервиса. -Тольятти: Изд-во ПВГУС, 2013. - С. 244-249.
5. Кучеров Б.А. Автоматизация процесса оперативного планирования применения и координации использования средств НАКУ КА НСЭН и измерений [Текст] / Б.А. Кучеров // Будущее российской космонавтики в инновационных разработках молодых специалистов: сб. материалов научно-практической конференции молодых ученых и специалистов предприятий ракетно-космической промышленности. Ч. 1. - Королев М.О.: Изд-во НОУ «ИПК Машприбор», 2011. - С. 48-53.
Бакалов О.В. Bakalov О. V.
старший преподаватель кафедры «Машины и аппараты легкой промышленности» Черниговского государственного технологического университета, Украина, г. Чернигов
Бакалов В.Г. Bakalov V.G.
кандидат технических наук, доцент кафедры «Машины и
Чередниченко П.И. Cherednichenko P.l.
доктор технических наук, заведующий кафедрой «Машины и
аппараты легкой промышленности» аппараты легкой промышленности» Черниговского государственного Черниговского государственного технологического университета, технологического университета, Украина, г. Чернигов Украина, г. Чернигов
УДК 678.057.5
МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ ПОЛУЧЕНИЯ ПОЛИМЕРНОЙ ПЛЕНКИ
В ПЛОСКОЩЕЛЕВОЙ ГОЛОВКЕ
Рассматривается математическая модель процесса движения полимера в каналах плоскощелевой головки. Приведены уравнения для определения изменения толщины и ширины пленки при ее вытягивании на участке между головкой и вытяжным валиком. Определено влияние геометрических размеров внутренних каналов головки и технологических параметров проведения процесса на параметры пленки. Сопоставление результатов, полученных на основании предложенной математической модели и на экспериментальной и промышленной установке, показало, что погрешность не превышает (6-8)%. Показано, что предложенная математическая модель может быть использована для определения оптимальных геометрических размеров внутренних каналов плоскощелевой головки и для определения технологических параметров проведения процессов при получении полимерной пленки заданной толщины. Предложен метод для нахождения оптимальных геометрических размеров внутренних каналов плоскощелевой головки, основанный на целевой функции, учитывающей неравномерность толщины пленки и ее отклонения от необходимой толщины.
Ключевые слова: моделирование, реология, полимерная пленка, вытягивание.
SIMULATION PROCESS FOR PRODUCING POLYMER FILM IN THE FLAT-DIE
A mathematical model of the polymer motion in the channels of the flat-die is examined. The equations for determining the change in thickness and width of the film when it is drawing in the area between the head and the drawing
