|
Оглавление
Введение
В данной книге представлены результаты теоретических исследований по разработке методического аппарата, позволяющего на основе применения перспективных бортовых локальных вычислительных сетей, выполнять контроль, диагностику и управление техническим состоянием разгонного блока типа ДМ в реальном режиме полета. Актуальность данной темы заключается в том, что разгонный блок типа ДМ эксплуатируется уже 35 лет. При этом он постоянно дорабатывается и модернизируется. В проекте "Морской старт", например, используется уже 10-я модификация – DM-SL. И дальнейшие работы по совершенствованию разгонного блока продолжаются в РКК "Энергия". В книге рассмотрено одно из возможных направлений работ по такому совершенствованию разгонного блока. Оно связано с такими двумя факторами: 1. К настоящему времени в большой мере исчерпаны пути дальнейшего повышения надежности разгонного блока типа ДM, связанные с совершенствованием конструкции и двигательной установки. 2. Алгоритмы штатного управления движением центра масс также уже достаточно апробированы на практике. Но, тем не менее, нештатные ситуации в полете все еще иногда случаются, к сожалению. Поэтому еще надо работать над путями и средствами их своевременного обнаружения, распознавания и компенсации. Последний фактор говорит о том, что необходимо новое направление совершенствования разгонного блока. Оно имеет несколько составляющих. 1. Эволюционная замена БЦВМ на все более привлекательные модели. 2. Превращение БЦВМ в бортовую вычислительную систему (БВС), поскольку перспективные БЦВМ имеют тенденцию уменьшения массы и объема с одновременным ростом быстродействия. Это дает возможность вместо одной БЦВМ иметь со временем несколько. 3. Со временем БВС можно превратить в распределенную БВС, т.е. в распределенную локальную бортовую вычислительную сеть. 4. В перспективе, имея командную радиолинию, можно превратить ее в полноценный радиоканал связи между бортовой сетью и наземной сетью в центре управления полетом разгонного блока (ЦУП РБ). Ведь уже сейчас с земли меняют установки в РБ, меняют все программное обеспечение в космических аппаратах (КА). Мы описали лишь путь аппаратурного расширения вычислительных мощностей бортовой вычислительной системы РБ и ее связи с наземной. Но ведь за этим стоит возможность расширения объема и возможностей программного обеспечения (ПО) этих систем. А его-то можно совершенствовать значительно дешевле и быстрее. Недаром оно дословно называется "мягкое" (software). Прежде всего, улучшение характеристик современных БЦВМ позволяет, наконец, реализовывать на борту РБ более эффективные алгоритмы и методы своевременного обнаружения нештатных ситуаций (НШС) на борту, диагностики их причины, их быстрой локализации и возможной компенсации последствий. Конечно, в одном отчете просто невозможно полноценно исследовать все задачи, которые при этом будут возникать. Эта работа для целого коллектива конструкторов и программистов. Но сделать первые обзорно-направляющие шаги в таком исследовании возможно уже сейчас. Прежде всего, вводится понятие системы контроля, диагностики и управления техническим состоянием (КДУ-системы). Конечно, эту систему можно было бы назвать и системой безопасности разгонного блока (СБ РБ). Но будущее само установит более подходящее название. Важны функции, возлагаемые на эту систему. В первую очередь, следует провести анализ влияния бортовой КДУ-системы на повышение надежности РБ. Этот анализ кратко проведен в главах 1 и 2. Простые расчеты показывают, что поскольку КДУ-система будет хотя бы частично выполнять функцию восстановления, то надежность РБ реально повысится. Однако здесь надо учитывать эффект "коромысла". Ведь будет вводиться сложное ПО КДУ-системы. И оно само может содержать ошибки. Поэтому эта проблема также затронута во главе второй. Чтобы аппаратурное и программное обеспечение КДУ-системы не было дополнительным источником ненадежности, они должны обладать высокой степенью отказоустойчивости. На сегодняшний день этого можно добиться лишь введением избыточности на всех возможных уровнях: аппаратурном, программном, временном. В этих же целях важно повысить степень обработки и верификации всего программного обеспечения. Во второй главе также отмечен тот факт, что, организуя распределенную вычислительную сеть, можно получить дополнительный выигрыш в надежности функционирования разгонного блока в полете. Расширение вычислительных бортовых мощностей в сочетании с использованием нетрадиционных принципов обработки информации позволяет в принципе частично, а в перспективе полностью обрабатывать на борту весь поток телеметрической информации. То, что это вполне реально показано в главе 3. Использование голографической техники для контроля и диагностики нештатных ситуаций позволяет полностью решать эти задачи на базе телеметрического потока в реальном масштабе времени. А использование нейтрокомпьютинга и нейронных сетей на борту блока только усилит эту возможность. Переход на нейтрокомпьютинг повышает быстродействие БЦВМ не в 2–3 раза, а на 2–3 порядка. Это позволяет быстро обрабатывать текущую информацию не одним каким-то алгоритмом, а пропускать ее через целый ряд алгоритмов, повышая достоверность оценки ситуации. В литературе по технической диагностике и анализу динамических систем уже накоплено огромное количество различных алгоритмов. Но на борту ракет-носителей и разгонных блоков до сих пор используются лишь самые примитивные из них. Но даже и они не дают возможности обрабатывать телеметрические измерения на борту. Учитывая общую тенденцию повышения быстродействия БЦВМ, с одновременным снижением их массы и объема, применение нетрадиционных принципов (голография, нейтрокомпьютинг) дает возможность "поднять" на борт почти все известные алгоритмы контроля и диагностики. И более того применить их сначала частично, а затем и полностью к обработке телеизмерений прямо на борту. Технические возможности уже для этого есть. В главе 4 даны некоторые примеры алгоритмов контроля и диагностики, из банка которых можно формировать алгоритмическую избыточность на борту. Конечно, этот перечень не может быть полным в принципе. Надо отметить, что конструкционные отказы или их возможность в полете требует другого подхода. Здесь нужны чисто аналитические расчеты по степени опасности нагружения элементов конструкции при конкретной динамике полета. Если отмечается признак опасного нагружения, то следует за счет резервов управления динамикой движения быстрее покинуть опасную зону. Эта задача иллюстрируется в главе 5. Особую опасность для конструкционных элементов представляют возникновения их случайных нелинейных колебаний. Эти колебания описываются волновыми уравнениями и случайными членами. В главе 7 дан анализ подобного уравнения. Он позволяет дать прогноз развития колебательного процесса. Безусловно, что исследования по затронутой проблеме могут быть продолжены. Важно, что для их реализации уже наметились конкретные возможности в связи с развитием вычислительной техники, принципов лазерной и голографической техники и нейрокомпьютинга. |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||