Научная статья на тему 'РАЗРАБОТКА И СОЗДАНИЕ БОРТОВЫХ СИСТЕМ МАЛОГАБАРИТНЫХ КОСМИЧЕСКИХ АППАРАТОВ НА ОСНОВЕ ПРИМЕНЕНИЯ АППАРАТУРЫ ПРОМЫШЛЕННОЙ АВТОМАТИЗАЦИИ В УСЛОВИЯХ ВРЕМЕННЫХ ОГРАНИЧЕНИЙ'

РАЗРАБОТКА И СОЗДАНИЕ БОРТОВЫХ СИСТЕМ МАЛОГАБАРИТНЫХ КОСМИЧЕСКИХ АППАРАТОВ НА ОСНОВЕ ПРИМЕНЕНИЯ АППАРАТУРЫ ПРОМЫШЛЕННОЙ АВТОМАТИЗАЦИИ В УСЛОВИЯХ ВРЕМЕННЫХ ОГРАНИЧЕНИЙ Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

CC BY
55
5
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
КОСМИЧЕСКИЙ АППАРАТ / БОРТОВАЯ АППАРАТУРА / АППАРАТУРА ПРОМЫШЛЕННОЙ АВТОМАТИЗАЦИИ / ПРОМЫШЛЕННЫЙ КОМПЬЮТЕР / ВРЕМЕННЫЕ ОГРАНИЧЕНИЯ / SPACECRAFT / ONBOARD EQUIPMENT / INDUSTRIAL AUTOMATION EQUIPMENT / INDUSTRIAL COMPUTER / TIME CONSTRAINTS

Аннотация научной статьи по электротехнике, электронной технике, информационным технологиям, автор научной работы — Фарафонов Александр Владимирович, Слатов Валерий Леонидович

Описан подход к разработке и созданию элементов бортового комплекса управления и бортовых специальных комплексов малых космических аппаратов, основанный на использовании аппаратуры промышленной автоматизации. Предложенный подход позволяет создавать элементы бортовой аппаратуры космических аппаратов в ограниченные сроки небольшими коллективами разработчиков. Описан опыт создания бортовой аппаратуры малых космических аппаратов «Можаец-4» и «Можаец-5», созданных в Военно-космической академии имени А. Ф. Можайского.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по электротехнике, электронной технике, информационным технологиям , автор научной работы — Фарафонов Александр Владимирович, Слатов Валерий Леонидович

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

DEVELOPMENT AND CREATION OF ONBOARD SYSTEMS OF SMALL-SIZED SPACECRAFT BASED ON THE APPLICATION OF INDUSTRIAL AUTOMATION EQUIPMENT UNDER TIME CONSTRAINTS

The article describes an approach to the development and creation of elements of the onboard control complex and onboard special complexes of small spacecraft, based on the use of industrial automation equipment. The proposed approach makes it possible to create 31 elements of onboard spacecraft equipment in a limited time by small teams of developers. The experience of creation of onboard equipment of small spacecraft «mozhaets-4» and «mozhaets-5», created in the military space Academy named after A. F. Mozhaisky, is described. The material of the article can be useful in the development of elements of onboard and special equipment of spacecraft.

Текст научной работы на тему «РАЗРАБОТКА И СОЗДАНИЕ БОРТОВЫХ СИСТЕМ МАЛОГАБАРИТНЫХ КОСМИЧЕСКИХ АППАРАТОВ НА ОСНОВЕ ПРИМЕНЕНИЯ АППАРАТУРЫ ПРОМЫШЛЕННОЙ АВТОМАТИЗАЦИИ В УСЛОВИЯХ ВРЕМЕННЫХ ОГРАНИЧЕНИЙ»

Vinogradov Evgeniy Leonidovich, doctor of technical sciences, professor, vinogra-do v-e l@ram bler. ru, Russia, St. Petersburg, St. Petersburg Polytechnic university of Peter the Great,

Vaganov Vyacheslav Vladimirovich, candidate of technical sciences, professor, do-cent, prvaganov_spb@,mail. ru, Russia, St. Petersburg, St. Petersburg Polytechnic Uuniversity of Peter the Great

УДК 629.783

РАЗРАБОТКА И СОЗДАНИЕ БОРТОВЫХ СИСТЕМ МАЛОГАБАРИТНЫХ КОСМИЧЕСКИХ АППАРАТОВ НА ОСНОВЕ

ПРИМЕНЕНИЯ АППАРАТУРЫ ПРОМЫШЛЕННОЙ АВТОМАТИЗАЦИИ В УСЛОВИЯХ ВРЕМЕННЫХ ОГРАНИЧЕНИЙ

А.В. Фарафонов, В. Л. Слатов

Описан подход к разработке и созданию элементов бортового комплекса управления и бортовых специальных комплексов малых космических аппаратов, основанный на использовании аппаратуры промышленной автоматизации. Предложенный подход позволяет создавать элементы бортовой аппаратуры космических аппаратов в ограниченные сроки небольшими коллективами разработчиков. Описан опыт создания бортовой аппаратуры малых космических аппаратов «Можаец-4» и «Можаец-5», созданных в Военно-космической академии имени А. Ф. Можайского.

Ключевые слова: космический аппарат, бортовая аппаратура, аппаратура промышленной автоматизации, промышленный компьютер, временные ограничения.

Традиционно создание образцов космической техники проводится с привлечением большого числа специалистов из широкого ряда научных и производственных организаций. Создаваемая техника является уникальной и требует для своего создания значительных материальных и временных затрат. Однако такой подход часто оказывается неприемлемым в жёстких условиях динамично развивающегося современного рынка космических услуг. Стоимость, а, главное, временные затраты зачастую оказываются решающими при создании бортовой аппаратуры современных космических аппаратов (КА). Кроме того, к применяемым при разработке узлам и комплектующим могут быть применены требования соответствия программе импортозамещения.

Высокая стоимость доставки разрабатываемой аппаратуры к месту функционирования и невозможность коррекции её работы после запуска порождают требование минимального риска отказа создаваемых элементов бортовых систем и комплексов космических аппаратов. При традиционном подходе к созданию космической техники это обеспечивается проведением большого объёма наземных испытаний как отдельных блоков, так и всей аппаратуры КА в целом, что требует значительных временных

27

и материальных затрат на разработку необходимой стендовой базы для каждого из испытываемых параметров. Существующая практика создания космической техники предусматривает построение бортовых систем КА в виде уникальных экземпляров, предназначенных для решения только тех задач, для которых они создавались и разработанных, зачастую, на основе уникальных комплектующих, имеющих высокую стоимость, и не имеющих возможности замены при смене предприятия-разработчика или фирмы-поставщика. Это приводит к значительному удорожанию создаваемых комплектов аппаратуры, а, иногда, и к невозможности их создания, как, например, при попадании комплектующих в санкционные списки, либо запрещенных к использованию для образцов специальных изделий.

Предлагается подход, основанный на использовании характеристик составных частей (комплектующих) создаваемой аппаратуры, которые гарантируются производителем, а сами комплектующие являются доступными в свободной продаже. Эти характеристики должны соответствовать требованиям и ограничениям, накладываемыми спецификой создания, подготовки, запуска и функционирования КА.

В настоящее время таким требованиям практически в полной мере соответствуют современные устройства и комплектующие применяемые при создании систем промышленной автоматизации и соответствующие современным промышленным стандартам.

Такие устройства и комплектующие соответствуют основным характеристикам и требованиям, применяемым к элементам космической техники, такими, как:

возможность работы изделий в расширенном диапазоне температур (40...+85 °С);

устойчивость изделий к ударным (до 20 g) и вибрационным (до 5 g) перегрузкам;

среднее время безотказной работы - не менее 100000 часов.

Кроме того, данные устройства имеют открытую архитектуру, практически неограниченные возможности к масштабированию, объединению в системы и вычислительные комплексы, а также удобные форм-факторы для компоновки, интерфейсы программирования и информационного обмена. Предлагаемые к применению устройства имеют обширную статистику реального применения в автоматизированных системах управления технологическими процессами (АСУ ТП) различного уровня и демонстрируют высокие показатели надежности в условиях промышленного производства.

Сложившаяся в настоящее время тенденция, направленная на микроминиатюризацию и стандартизацию своей продукции ведущими мировыми производителями изделий космического назначения, приводят к расширению возможных направлений создания элементов бортовых комплексов и систем космических аппаратов. Создаваемые элементы космических систем и комплексов могут быть испытаны в составе запускаемых малых научно-исследовательских КА, разрабатываемых коллективами

специалистов, традиционно не входящими в кооперацию разработчиков космической техники, таких как научно-исследовательские организации, ВУЗы, студенческие конструкторские бюро и др. Конструктивно такие малые КА (МКА) могут создаваться на основе универсальных многофункциональных платформ, широко представленных на рынке космических услуг, с возможностью размещения на борту различных типов разработанной специальной аппаратуры и бортовых систем и комплексов.

Такой подход позволяет создавать унифицированные ряды бортовой аппаратуры, что в сочетании с применением комплектующих и устройств, соответствующих стандартам промышленной автоматизации, существенно снижает как временные, так и финансовые затраты на разработку как бортовых комплексов управления и специальных систем, так и КА в целом. Алгоритм работы по созданию бортовой аппаратуры сводится к выполнению ряда достаточно простых действий, а именно: купил-собрал-настроил-проверил-запустил.

Наиболее привлекательным, в рамках данной концепции, представляется подход, основанный на применении малогабаритных встраиваемых компьютеров и контроллеров, применяемый при создании АСУ ТП. Одноплатные компьютеры, платы ввода-вывода и информационного обмена, разработанные на базе различных форматов, таких как MicroPC, РС-104+, StackPC и других, обеспечивают работу разработанной аппаратуры в жестких условиях эксплуатации. Кроме того, данные устройства имеют открытую архитектуру и широкие возможности по созданию систем различной масштабируемости путем информационного и физического объединения устройств серии на одной общей информационной шине [1]. Следует отметить, что в настоящее время на рынке широко представлены устройства и комплектующие отечественных производителей, из состава которых может производиться выбор.

Структура унифицированного бортового комплекса управления (БКУ) МКА созданного с применением аппаратуры промышленной автоматизации представлена на рис. 1.

БКУ представляет собой распределённую вычислительную систему, которая включает в себя одну или несколько процессорных плат, объединенных, например, по шине ISA, с периферийными модулями. Под периферийными модулями понимаются платы дискретного и аналогового ввода/вывода и модули сопряжения с промышленными шинами. БКУ компонуется из единой номенклатуры модулей, обеспечивающей обмен дискретными и аналоговыми сигналами с системами и обмен между собой (по сети).

Данная концепция была применена и испытана при создании аппаратуры «Облик» для МКА «Можаец-4», разработки БКУ, специальной аппаратуры «Облик-2» и «Призма-3» МКА «Можаец-5».

Выбор формата микроконтроллера проводился на основе анализа технической документации, предоставленной производителями, статей в периодической печати, посвященных разработке и созданию систем АСУ

ТП и был остановлен на изделиях в формате MicroPC. Изделия формата MicroPC характеризуются высокой надежностью исполнения и полной совместимостью с IBM PC, что обуславливает простоту программирования, настройки, проведения испытаний и эксплуатации.

Периферийные модули

¥

RS-232

RS-485 /\ CAN

V-

дс

АС

С>

Шина ISA

zy

Процессорная плата

ТМС

КПТРЛ

ИО СУ

СА

ДА СУ

о |

S а о

£

V

Рис. 1. Структура унифицированного БКУ МКА: ТМС - телеметрическая система; КПТРЛ - командно-программная траекторная радиолиния; ИО СУ - исполнительные органы системы управления; СА - спецаппаратура; ДА СУ - датчиковая аппаратура системы управления; ДС - дискретные сигналы; АС - аналоговые

сигналы

При выборе фирмы-производителя микроконтроллера, плат ввода-вывода и сопряжения, блоков питания, учитывались следующие факторы:

возможность работы изделий в расширенном диапазоне температур (40...+85 °С);

устойчивость изделий к ударным (до 20 g) и вибрационным (до 5 g) перегрузкам;

среднее время безотказной работы - не менее 100000 часов; устойчивость к радиационным и другим неблагоприятным воздействиям при работе в условиях ближнего космоса.

Данные требования практически полностью совпадают с требованиями стандартов промышленной автоматизации. Кроме того, учитывались время поставки оборудования, его стоимость и необходимость использования устройств отечественного производства.

Эксплуатация изделий и устройств промышленной автоматизации, в частности, ПЛК фирмы «Ра81ше11», блоков информационного обмена в формате М1егоРС, блоков питания в составе аппаратуры МКА «Можаец-4» показала стойкость указанных устройств к вибрационным и ударным пере-

грузкам на участке выведения, радиационную стойкость и надёжное функционирование в условиях изменения температуры окружающей среды в широком диапазоне.

За время функционирования КА «Можаец-4» на орбите неисправностей или каких-либо замечаний к работе бортового комплекса управления и бортовых специальных комплексов не зафиксировано. Общее время функционирования систем КА многократно превысило гарантийные сроки эксплуатации. При этом время на разработку и создание блоков специальной аппаратуры от момента начала проектирования до проведения комплексных испытаний в составе КА составило менее полугода, включая время на поставку комплектующих.

Таким образом, использование номенклатуры изделий и комплектующих, соответствующих стандартам промышленной автоматизации, позволяет разрабатывать комплексы бортовой аппаратуры для малогабаритных универсальных космических платформ и бортовых систем перспективных МКА. Применение открытой архитектуры таких устройств позволяет создавать бортовую аппаратуру КА в кратчайшие сроки и минимизирует финансовые затраты на разработку, создание и проведение испытаний. При разработке используются унифицированные стандартные промышленные интерфейсы с высокими степенями защиты информационных потоков, а также стандартные методы разработки и отладки специального программного обеспечения бортовых комплексов управления и специальных систем.

Широкая номенклатура изделий для промышленной автоматизации позволяет в кратчайшие сроки подобрать необходимые комплектующие отечественных производителей с минимальными сроками поставки.

Список литературы

1. Гобчанский О.П. Применение MicroPC в вычислительных комплексах специального назначения // Системная интеграция космонавтики. СТА. 1997. №1. C. 38 - 41.

Фарафонов Александр Владимирович, начальник лаборатории, farik196@,mail. ru, Россия, Санкт-Петербург, Военно-космическая академия имени А. Ф. Можайского,

Слатов Валерий Леонидович, старший научный сотрудник лаборатории, slatov65@mail. ru, Россия, Санкт-Петербург, Военно-космическая академия имени А. Ф. Можайского

DEVELOPMENT AND CREATION OF ONBOARD SYSTEMS OF SMALL-SIZED SPACECRAFT BASED ON THE APPLICATION OF INDUSTRIAL AUTOMATION EQUIPMENT UNDER TIME CONSTRAINTS

A.V. Farafonov, V.L. Slatov

The article describes an approach to the development and creation of elements of the onboard control complex and onboard special complexes of small spacecraft, based on the use of industrial automation equipment. The proposed approach makes it possible to create

31

elements of onboard spacecraft equipment in a limited time by small teams of developers. The experience of creation of onboard equipment of small spacecraft «mozhaets-4» and «mozhaets-5», created in the military space Academy named after A. F. Mozhaisky, is described. The material of the article can be useful in the development of elements of onboard and special equipment of spacecraft.

Key words: spacecraft, onboard equipment, industrial automation equipment, industrial computer, time constraints.

Farafonov Alexander Vladimirovich, head of the laboratory, farik196@,mail.ru, Russia, Saint-Petersburg, Military Space Academy named after A.F. Mozhaysky,

Slatov Valery Leonidovich, senior researcher, slatov65@,mail. ru, Russia, Saint-Petersburg, Military Space Academy named after A.F. Mozhaysky

УДК 004; 655.28.022.1

ПОИСК СПОСОБА УСКОРЕНИЯ ПРОЦЕССА ОПРЕДЕЛЕНИЯ СРЕДНЕГО ЦВЕТА ИЗОБРАЖЕНИЯ

Е.Н. Пальчун, Б.С. Яковлев, Н.Е. Проскуряков

Представлены результаты экспериментальных исследований по выявлению параметров, влияющих на скорость определения среднего цвета при использовании программных решений, построенных на языках C# и Python. Экспериментальными и аналитическими средствами были выявлены основные параметры, влияющие на скорость процесса определения среднего цвета. Проверялись гипотезы по влиянию на скорость процесса за счет уменьшения размера изображения и применения разных языков программирования.

Ключевые слова: средний цвет, изображение, цветовая модель RGB, C#, pixelColor.R, pixelColor.G, pixelColor.B, Python, библиотека PIP, TIF, JPG, BMP, PNG.

В современном мире постоянно растет объем информации, как графической, текстовой так других форм. Появляются новые тенденции и методы по влиянию, редактированию и обработки цифрового контента. Наиболее быстро и большими темпами это проявляется в сфере обработки графики, видео и трехмерном моделировании, производстве игр.

К подобным тенденциям можно отнести более частое применение и использование инструментов изменения большого количества параметров изображения за одно действие. Например, ранее считалось, что для редактирования изображения вполне достаточно балансировки цветовых каналов, яркости, контрастности для достижения приемлемого результата. Однако, сейчас все чаще стали применяться корректировки параметров цветовой температуры, цветовой насыщенности. Они как инструменты добавляются в редакторы изображений и видео. Для последнего типа контента стало можно применять контроль цветовой насыщенности на весь фильм, клип по выбранному участку одного из кадров видео файла.

32

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.