CC BY
20МБЛН 01? соммишелткж Б((ШРМБШ: Iss. 1 (141). 2018
Д. В.Дымов
ОАО «Информационные спутниковые системы имени академика М. Ф. Решетнева», г. Железногорск
СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ И ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ БОРТОВЫХ ТЕЛЕМЕТРИЧЕСКИХ СИСТЕМ ДЛЯ СПУТНИКОВ СВЯЗИ ОАО «ИСС >
Приводятся этапы развития бортовых информационно-телеметрических систем космических аппаратов ОАО «ИСС», основные тактико-технические и функциональные характеристики современной телеметрической системы с распределенной структурой, описывается общая структура информационно-измерительной системы с использованием сетевой технологии БрасеШге
Для обеспечения управления космическим аппаратом (КА) важной проблемой является обеспечение в течение всего срока эксплуатации, надежного диагностирования работоспособности и функционального состояния бортовой радиоэлектронной аппаратуры (БРЭА). Такой контроль позволяет оперативно выявить отклонения от штатных режимов работы БРЭА, предотвратить развитие дефектов и своевременно восстановить работоспособность.
Наибольшую актуальность приобретает проблема технической диагностики для современных космических аппаратов (КА), в составе которых используются сложные технические электронные системы, с большим количеством телеметрических параметров различного типа (например, в спутнике связи «Экспресс-АМ5» необходимо контролировать до десяти тысяч телеметрических параметров). Телеметрическую информацию необходимо собрать, обработать, при необходимости запомнить, и передать по служебному радиоканалу командно-измерительной системы (БА КИС) на наземный комплекс управления (НКУ), в котором она должна быть обработана и передана для анализа и принятия решений.
Задача диагностики БРЭА на современном КА решается с помощью системы телеметрического контроля (СТК), состоящей из датчиковой
аппаратуры и телеметрической системы. Бортовая телеметрическая система (ТМС) обеспечивает сбор информации от различных служебных и научных датчиков, преобразует выходные сигналы этих датчиков в цифровую форму, обеспечивает хранение информации в период между сеансами связи и формирование телеметрического сообщения на НКУ.
На современном этапе в развитии бортовых телеметрических систем можно выделить несколько направлений:
1) рост объемов данных, получаемых от бортового оборудования КА;
2) сокращение массогабаритных характеристик аппаратуры ТМС;
3) сокращение затрат на разработку и модернизацию ТМС для новых КА,
4) интеграция информационных каналов ТМС в общую информационно-коммуникационную сеть КА, включая распределенную архитектуру сбора информации от датчиковой аппаратуры.
За прошедшие 20 лет, по техническим заданиям и системным проектам ОАО «ИСС», было создано несколько поколений бортовых телеметрических систем, которые обеспечили информационную поддержку и управление всех космических аппаратов разработанных на предприятии (таблица 1).
Таблица 1
Характеристика TA932MS/ AM ТА932М1М ТА932МД-01 ТА932МД-233
Измерительные 8-р. каналы: 640 576 480 652
— аналоговые 256 256 128 128
— температурные 192 160 256 432
— цифровые 8р 192 160 96 92
Цифровой интерфейс с БРЭА - - - 2 порта по 576 байт
Измерение цифрового датчика 1р. 1р. 1р. 8р.
Компаратор сигнальныхдатчиков Фиксированный на 8 входов Программный 320 входов
Процессор обработки событий - - ПОС-М ПОС-Б ПОС-М, ПОС-Б, РКС
Тип ПЗУ управления Внешняя PROM Внутренняя EEPROM
Интерфейс с БА КИС Специальный 2 порта RS232 2 порта RS232 или 8расе"Мге (опция)
Интерфейс с БЦВК Специальный MIL-1553B М1Ь-1553В или 8расе"Мге (опция)
Конструкция ТМС моноблок распределенная
Конструкция КА герметичная негерметичная
Масса ТМС 15 кг. 13,5 кг. 7,1кг. 6,9 кг.
Масса 8р. канала 23,5 г 23,5 г 15 г 10,6 г(3,8)
САС, лет 10,5 10,5 15,25 15,5
В 90-е года прошлого века были созданы первые ТМС, в которых применялись цифровые технологии и специализированные интерфейсы для информационно-логического обмена с БЦВКиБАКИС:
телеметрические системы ТА932М1 с «жесткой аппаратной логикой» для космических аппаратах «Экспресс-А» и «Молния-ЗК»;
телеметрические системы TA932MS и ТА932АМ с использованием программируемой логики малой степени интеграции (RH1280, Actel) для спутников связи со сроком эксплуатации 10 лет «SESAT» и ««Экспресс-АМ» первого поколения (AMI, 2, 3, 22, 33, 44).
В 2002 году, для навигационных спутников серии «Глонасс-М», была разработана телеметрическая система ТА932М1М с информационно-управляющим интерфейсом стандарта MIL-STD-1553B для взаимодействия с БЦВК, открывшим широкие возможности по унификации информационных коммуникаций на борту КА.
В 2011 году завершилась разработка малогабаритных ТМС серии ТА932МД-01, для негерметичных унифицированных платформ
«Экспресс-1000», «Экспресс-2000» и созданных на их базе коммерческих спутников связи со сроком эксплуатации 15 лет: «АМ08-5», «ТЕЬ-КОМ-3», «Ямал-300», «Ямал-401», «ЬУВГО», «Экспресс-АТ1,2», «Экспесс-АМ5,6,8», «КА-28АТ-3». Основным техническим решением, позволившим существенно снизить массогаба-ритные параметры ТМС, стала реализация функциональных узлов ТА932МД-01 на ПЛИС большой степени интеграции (ЮАХДООО, Ас1е1) с применением технологий «система на кристалле» и СФ-блоков.
Рассмотренные выше телеметрические системы, позволяя гибко изменять количество измерительных модулей в моноблоке ТМС под задачи контроля определенного КА, имеют существенный недостаток, который ограничивает их дальнейшее развитие — протяженные аналоговые электрические линии связи типа "звезда" с датчиками БРЭА. Упрощенная структурная схема аналоговых линия связи датчиков с ТМС показана на рисунке 1.
Как видно из рисунка 1, аналоговые линии связи, кроме сложной конструкции кабельной сети (экраны, повив), необходимости установки
МБЛН 01? соммишслткж Б(.)иГ1]Е>:М/1:БТ«ГТ. Iss. 1 (141). 2018
Рис. 1
Рис. 2. Информационные связи ТМС с распределенной структурой
большого количества дополнительных соединителей для обеспечения технологии поэтапной сборки и испытания КА, обладают низкой помехоустойчивостью к электромагнитным помехам, снижая общую достоверность диагностики БРЭА.
Для улучшения массогабаритных характеристик ТМС, повышения достоверности результатов измерения сигналов от датчиков, а также удовлетворению возросших потребностей в цифровых стандартных интерфейсах со стороны проектируемой для перспективных проектов БРЭА, в 2012 году началась разработка телеме-
трической системы ТА932МД-233 с распределенной структурой.
При проектировании ТА932МД-233 был проведен большой комплекс проектных работ, результатами которых стали: 1) оптимизированная архитектура «системы на кристалле» центрального блока ТМС; 2) новые функциональные узлы обработки информации от датчиков (320-входовый программируемый логический компаратор, три типа процессоров обработки событий); 3) новые типы универсальных измерительных модулей, позволяющих измерять сигналы от различных типов датчиков; 4) опцион-
ЦМФК-М
ВЗУ-Д к—I Контрол:1ср £)
—■■ —, А-Т__-
мтдем
ПОЗУ
Контроллер К5232-К
БЗУ-ПОСМ
Драйвер
мко
ВЖ2
Формирователь ПР1 и ПР2
КТХ1
| Дешифратор команд
ПЛИС "Система на кристалле'
Формирователи сигналов С 1...С5!
Рис. 3. Структурная схема ТА932МД-233М:
ВЛК — выносной локальный коммутатор, МТД96 — модуль для температурных и аналоговых датчиков, МЦД- модуль для сигнальных, аналоговых и температурных датчиков, ФТК — формирователь транспортных кадров; МКО — ОУ интерфейса М1Ь-8ТО-1553В»; ПОС — процессоры обработки событий, РКС — регистратор комплексных событий, МУП — модуль управления и питания
Рис. 4. Сетевая структура информационных связей ТМС
ВИМ — выносной измерительный модуль, ФТК — формирователь транспортных кадров; ПСК — маршрутизирующий коммутатор сети SpaceWire; А81С-ТМ1 — специализированная БИС для
измерения сигналов от датчиков БА
МБЛШ 01? соммишслткж Б((ШРмБШ: Iss. 1 (141). 2018
ная поддержка цифровых интерфейсов стандартизованных для применения в КА ОАО «ИСС» (М1Ь-8ТБ-1553, Брасе^Мге, ЯБ232, ГУББ, БМА-Т); 5) малогабаритная механическая конструкция на 30% меньше прототипа; 6) возможность изменять в процессе эксплуатации программ управления функциональными модулями ТМС (применены перепрограммируемые микросхемы ПЗУ устойчивые к ВВФ космического пространства); 7) сокращение аналоговых интерфейсных линий связи (и соответствующее снижение массы бортовой кабельной сети) за счет установки выносных измерительных модулей в местах скопления датчиков (рисунок 2).
Структурная схема телеметрической системы ТА932МД-233М (модификация с интерфейсом М1Ь-8ТБ-1553В) с выделенными новыми функциональными и структурными элементами показана на рисунке 3.
Дальнейшее развитие радиоэлектронной аппаратуры перспективных КА предполагает создание бортовой информационно-коммуникационной сети, которая в единой аппаратно-программной среде реализует передачу всех видов информации (пакетов данных
от БАс телеметрическими параметрами, потоков команд управления, пакетов данных информационно-вычислительных средств, меток системного времени и т.д.). С учетом разрабатываемых информационных технологий, электронной компонентной базы (ЭКБ) и проектных проработок, определена предварительная схема коммуникационной сети платформы КА в которую гармонично включены информационные каналы телеметрического контроля (рисунок 4).
Реализация предложенной распределенной сетевой информационно-коммуникационной сети на основе технологии SpaceWire позволит коренным образом повлиять на решение совокупности основных задач отечественного космического приборостроения, во-первых добиться высокой надежности при приемлемом уровне затрат аппаратного резервирования, во-вторых выдержать жесткие требования к массогабаритным показателям и потребляемой мощности, в третьих добиться унификации интерфейсов передачи данных, и в четвертых достичь необходимых технико-экономических показателей, позволяющих конкурировать на мировом рынке.
