Что такое бортовое программное обеспечение

Обновлено: 04.07.2024

Бортовой комплекс управления осуществляет автономное управление КА и его информационно-логическое взаимодействие с НКУ, участвуя в работе контуров функционального управления, баллистического обеспечения, телеметрического контроля, синхронизации и обеспечения живучести.

Построение БКУ определяется принципами автономного управления: аппаратного (без БЦВМ) или программного (с БЦВМ). Реализация программного принципа управления на КА привела к изменению не только структуры КА и БКУ, но и логики функционирования, принципов информационного обмена и структуры электрических интерфейсов, приборов и систем КА. Поэтому аппаратное и программное построение БКУ, реализующее данные принципы, необходимо рассматривать в комплексе с аппаратурой и системами КА.

Аппаратное построение БКУ (рис. 6.2) основывается на следующих принципах управления:

– командное и программно-временное управление средствами НКУ;

– автономное аппаратное управление с неизменяемыми алгоритмами управления.

В БКУ аппаратного построения входят:

– бортовая аппаратура (БА) командно-измерительной системы (КИС);

– система телеметрического контроля (СТК);

– блок управления БКУ;

– электрические интерфейсы между БУ бортовых систем и приборами БКУ, которые формируются в виде раздельных кабельных связей: электропитания, команд управления, телеметрических цепей и сигнальных цепей особых событий.

Командное и программно-временное управление реализуется через БА КИС и СТК, автономное управление осуществляется БУ БКУ и автономными блоками управления аппаратуры и систем КА.

Бортовая аппаратура КИС состоит из высокочастотного приемопередающего блока (командной радиолинии) и низкочастотного блока, содержащего дешифраторы радиокоманд, программно-временные устройства, задающий генератор и аппаратуру защиты от несанкционированного доступа в контур управления. На случай отказа основных комплектов предусмотрена автономная схема переключения на резервные комплекты в случае длительного (более суток) непрохождения радиокоманд на КА.

Рис. 6.2. Архитектура аппаратного контура управления КА:

t_БШВ, Dt_БШВ – оцифрованная шкала бортового времени и поправка к ней; РК – радиокоманды; кв. РК – квитанция,

подтверждающая достоверность приема кода РК; КПИ – командно-программная информация; КУ – команды управления;

ТМ – телеметрические датчики; ТМИ – телеметрическая информация; БУ – блок управления; РАСО – режим автономной

Бортовая аппаратура находится в постоянной готовности к приему командно-программной информации с НКУ для любого положения осей ориентации КА относительно Земли.

Для приема радиокоманд при нарушении штатной ориентации работающий приемник командной радиолинии подключается одновременно к двум приемным антеннам, совместно обеспечивающим круговую диаграмму направленности. Однако при формировании круговой диаграммы с помощью двух антенн возникают интерференционные провалы, что приводит к необходимости применения на наземной станции КИС крупногабаритных антенн и мощных передатчиков. На период нештатной ориентации КА передатчики КИС также подключаются к всенаправленной антенне и переводятся в режим повышенной излучаемой мощности. Устойчивая надежная связь между НКУ и БКУ в этом случае обеспечивается за счет снижения скорости передачи информации и ввода режима контроля принимаемой на КА информации или радиокоманд.

При штатной ориентации КА для повышения скорости передачи информации через БА КИС выход передатчика необходимо переключать на направленную антенну.

Как уже говорилось в п. 6.1, управление режимами работы бортовой аппаратуры осуществляется по радиокомандам и временным программам. Радиокоманды передаются с НКУ в виде последовательного кода, дешифруются на релейной матрице и в виде стандартного импульса по отдельным цепям поступают на блок управления аппаратуры для исполнения.

Временные программы содержат номер радиокоманды и время ее исполнения. Количество временных программ ограничено объемом памяти запоминающего устройства, поэтому длительность автономного управления КА составляет несколько суток. Сравнение текущего значения бортовой шкалы времени со временем отработки временных программ осуществляется программно-временным устройством, которое при их совпадении выдает привязанную к этому времени команду на дешифратор и далее эта команда отрабатывается подобно радиокоманде. Бортовая шкала времени формируется в задающем генераторе БА КИС или атомном стандарте частоты КА и периодически синхронизируется с наземной шкалой времени в сеансах сверки и коррекции времени.

Система телеметрического контроля организует опрос телеметрических датчиков, их адресную и временную привязку, формирование телеметрического кадра и передачу его в НКУ по запросу.

Телеметрические датчики подразделяются на следующие типы: амплитудные, сигнальные, температурные.

Температурные датчики являются датчиками сопротивления. Информация о температуре формируется в СТК путем подачи на датчик постоянного тока величиной 2,78 мА и получения на выходе напряжения, как функции сопротивления, т. е. температуры. Для повышения точности регистрации каждый температурный датчик тарируется под индивидуальный диапазон контролируемых температур.

При выборе числа точек контроля и типов датчиков для контроля выбранной точки руководствуются требованиями по обеспечению достоверной диагностики состояния бортовой аппаратуры КА, возможности выявления места, вида и причины возникновения дефекта, а также прогнозирования технического состояния аппаратуры и КА в целом. В любом включаемом и переключаемом приборе, в том числе и резервируемом, для контроля его подключения рекомендуется вводить сигнальный датчик.

Система телеметрического контроля проводит опрос всех датчиков с помощью коммутатора с периодичностью 70 мс, адрес и состояние каждого датчика запоминаются и постоянно обновляются. На коммутатор также заводятся показания счетчиков оцифровки шкалы бортового времени, содержащих информацию о количестве суток, часов в сутках и секунд в часах, что позволяет в процессе опроса привязывать показания датчиков к бортовой шкале времени.

При непосредственной передаче телеметрической информации через командную радиолинию выбирается своя скорость передачи запомненной информации, согласованная со скоростью передачи информации в командной радиолинии (1 000 или 8 000 бит/с).

Состояние КА вне зоны видимости НКУ контролируется путем запоминания состояния ограниченной номенклатуры телеметрических датчиков (датчиков событий) с последующей передачей этой информации через командную радиолинию на НКУ. Датчики событий выбираются в СТК из имеющихся датчиков по признаку их важности для оценки состояния КА. Опрос их состояния проводится по отдельной схеме, предусматривающей одновременное сравнение текущего показания датчика с эталонным. В эталоне сформирован порог срабатывания датчика события, т. е. его верхнее или (и) нижнее допустимое значение. При выходе показаний датчика за пределы допустимых значений происходит запоминание состояния этого датчика, времени этого события и номенклатуры сопутствующих датчиков (до 8 штук), благодаря чему становится возможным проведение полной диагностики произошедшего на КА события.

Таким образом, передача в НКУ телеметрической информации, полученной в данный момент, а также запомненнойс помощью датчиков событий, обеспечивает надежный контроль состояния КА в любой момент времени, что способствует оперативному восстановлению КА после возникновения нештатных ситуаций.

Программное построение БКУ на базе БЦВК (рис. 6.3) реализует следующие принципы управления:

– адаптивное автономное управление по результатам диагностики состояния бортовой аппаратуры КА;

– программное управление на основе исходных данных, передаваемых с НКУ;

– командное управление по радиокомандам с НКУ;

– аппаратное управление в контуре обеспечения живучести КА в нештатных ситуациях.

Таким образом, особенностью программного принципа построения БКУ является частичное сохранение аппаратного принципа работы БА КИС, СТК, БУ БКУ и дополнение его программным принципом работы БЦВК. При этом предусматривается возможность отключения программного контура управления при нештатной работе БЦВК.

Структура программного построения БКУ включает в себя аппаратную и программную часть (бортовое программное обеспечение).

В аппаратную часть БКУ входят БЦВК, БА КИС, СТК, БУ БКУ.

Бортовой цифровой вычислительный комплекс состоит из многопроцессорной БЦВМ, формирователя бортовой шкалы времени и приборных интерфейсов связи БЦВМ с бортовой аппаратурой. Информационный, телеметрический и командный обмен между БЦВК и остальными приборами, входящими в состав БКУ и других систем, осуществляется по мультиплексному каналу обмена MIL-STD-1553B с помощью встроенных в каждый прибор стандартных контроллеров обмена (СКО).

Применение БЦВК упрощает построение блоков управления бортовых систем КА с сохранением за ними элементарных коммутационно-логических функций, что создает предпосылки для их объединения в общий блок – БУ БКУ. В результате БКУ приобретает магистрально-модульную структуру, организованную по централизованному принципу, ядром которой является БЦВК.

В процессе функционирования КА БЦВК обеспечивает централизованное программное управление КА, формируемое по исходным данным НКУ и результатам автономной диагностики состояния бортовой аппаратуры на основании телеметрической информации. Автономная диагностика состояния КА в БЦВК позволяет сократить объем передаваемой НКУ информации до минимального уровня в виде кратких отчетов.

Рис. 6.3. Архитектура программного построения БКУ:

t_БШВ, Dt_БШВ – оцифрованная шкала бортового времени и поправка к ней; РК – радиокоманды; кв. РК – квитанция, подтверждающая

достоверность приема кода РК; КПИ – командно-программная информация; КУ – команды управления; ТМ – телеметрические датчики;

ТМИ – телеметрическая информация; СКО – стандартный контроллер обмена; МКО – мультиплексный канал обмена;

СПР – система прерывания; БУ – блок управления; РАСО – режим автономной солнечной ориентации

По сравнению с аппаратурным программное построение БКУ имеет следующие особенности:

- командный контур программного построения БКУ в дополнение к каналу управления от НКУ по радиокомандам формирует программные команды управления (ПКУ). В отличие от радиокоманд, количество ПКУ не имеет жестких ограничений и соответствует количеству логических операций, реализуемых при работе КА в штатной и аварийной ситуациях. В результате доля управляющих воздействий типа ПКУ имеет тенденцию к росту;

- телеметрический контур БКУ программного типа с помощью СКО отдельных приборов дополнительно формирует программную телеметрическую информацию.

Программно-модульное построение БКУ способствует децентрализации схемы распределения электропитания и передаче функции коммутации электропитания и токовой защиты на вторичные источники питания приборов, в результате чего уменьшается длина кабелей и снижаются потери электроэнергии в них.

Реализация программного построения БКУ основана на создании развитого бортового программного обеспечения, которое представляет собой совокупность общесистемного, специального и прикладного программного обеспечения, разрабатываемого по единой технологии и функционирующего в единой аппаратно-программной среде.

Бортовое программное обеспечение размещается на вычислительных средствах БЦВК с ранжированием приоритетов по доступу к отдельным пакетам программ и возможностью редактирования программного обеспечения КА, функционирующего на орбите по командам с НКУ.

Общесистемное программное обеспечение предназначено для контроля исправности БЦВМ и ее соответствия заданным требованиям на всех этапах эксплуатации.

Специальное программное обеспечение БКУ используется при реализации режимов работы КА после его отделения от РКН, в аварийных ситуациях и при взаимодействии с испытательным комплексом в процессе наземных испытаний.

Прикладное программное обеспечение предназначено для решения следующих задач:

– реализации на программном уровне алгоритмов и режимов бортовых систем КА;

– реализации программных алгоритмов оперативного, автономного
и программно-временного управления бортовой аппаратурой, бортовыми системами и КА в целом;

– периодического получения телеметрической информации с приборов, подключенных к шине MIL-STD-1553B, и ее передачи на НКУ в составе программной телеметрической информации, а также автономного управления этими приборами.

Прикладное программное обеспечение включает в себя программное обеспечение бортового комплекса управления, бортовых систем (СОС, СК, СЭП, СТР), бортового целевого комплекса, которое отражает логику функционирования этих систем, описанную в гл. 9–12, а также программное обеспечение баллистических задач, формирующее информацию о взаимном угловом положении Солнце, КА и Земли, временах прохождения КА теневых и полутеневых участков от Земли и Луны.

Разработка бортового программного обеспечения, его автономное тестирование, отладка и сопровождение программ, выпуск соответствующей программной документации осуществляются по единым требованиям средствами технологического комплекса разработки программ с использованием языка программирования высокого уровня МОДУЛА-2.

Технологический комплекс разработки программ бортового программного обеспечения – это совокупность программных и аппаратных средств, предназначенных для проведения работ по детальному проектированию, программированию, автономному тестированию и отладке бортового программного обеспечения, а также по его хранению и сопровождению в течение всего жизненного цикла КА.

Комплексная отладка бортового программного обеспечения на этапах его разработки и сопровождения, а также в ходе эксплуатации производится на наземном отладочном комплексе. Этот комплекс включает в свой состав компьютерную модель КА, которая реагирует на все команды и формирует в режиме реального времени, а при необходимости – в режиме замедленного или ускоренного времени, поток телеметрической информации, полностью аналогичный потоку телеметрической информации от реального КА.

Бортовое программное обеспечение КА размещается в постоянном и оперативном запоминающих устройствах БЦВМ. В постоянном запоминающем устройстве хранятся пакеты бортового программного обеспечения, которые не подлежат изменению и при выключении БЦВМ сохраняются. В оперативное запоминающее устройство записываются пакеты бортового программного обеспечения, которые могут меняться (перезаписываться) по информации с НКУ. При выключении БЦВМ информация в этом устройстве теряется.

Подобная структура хранения бортового программного обеспечения на КА позволяет, с одной стороны, автономно от БЦВМ управлять космическим аппаратом сразу после его выведения на орбиту, а с другой – при необходимости изменять и дополнять бортовое программное обеспечение, размещаемое в оперативном запоминающем устройстве, тем самым осуществляя реконфигурацию подсоединяемых к БКУ приборов. Так, при ошибочном подсоединении датчиков системы ориентации, работающих на разные каналы управления, возможно восстановление правильной идентификации информации за счет перепрограммирования алгоритма ее обработки.

Считывание информации с такого программного обеспечения осуществляется с помощью специальных устройств — сканеров. Контролируемые параметры и коды неисправностей считываются непосредственно с электронного блока управления и интерпретируются специалистами сервиса.

Сканером, или сканирующим прибором, называют портативные компьютерные тестеры, служащие для диагностирования различных электронных систем управления посредством считывания цифровой информации с диагностического разъема автомобиля.

Сканер, как правило, имеет небольшой по размеру жидкокристаллический дисплей, поэтому просматривать данные на нем, даже используя прокрутку кадра, не всегда удобно. Обычно имеется возможность подключения сканера к компьютеру через последовательный порт для передачи данных. Специальное программное обеспечение позволяет просматривать данные со сканера в табличном и графическом виде на мониторе компьютера, сохранять их, создавать базы данных по обслуживаемым автомобилям.

Рис. Программируемый сканер ДСТ-2М (Россия) без персонального компьютера

Сканеры различаются своими функциональными возможностями и спектром тестируемых автомобилей.

Наиболее широкими возможностями обладают специализированные сканеры, используемые для диагностирования автомобилей только одной марки. Применение таких сканеров вследствие их узкой специализации ограничивается отдельными предприятиями автосервиса, обслуживающими автомобили конкретных моделей. Более широкое распространение получили сканеры, предназначенные для диагностирования систем впрыска и других механизмов, агрегатов и систем автомобилей различных моделей.

Имеются программы, позволяющие вводить непосредственно в компьютер информацию через последовательный порт с автомобильного диагностического разъема с помощью соответствующего соединительного кабеля. Персональный компьютер в таком случае выполняет функции сканера, его иногда так и называют — компьютерный сканер. При использовании персонального компьютера нет необходимости иметь комплект программных картриджей для различных систем и моделей, так как емкость жесткого диска компьютера позволяет хранить на нем все необходимые данные и программы.

Система самодиагностики транспортного средства в процессе его работы непрерывно сравнивает текущие величины сигналов с эталонными значениями в памяти электронного блока управления. Кроме того, она отслеживает реакцию исполнительных механизмов. Любые несоответствия параметров друг другу или эталонным значениям расцениваются как неисправность, каждой из которых присвоен свой код. Ранее системы управления могли определить и запомнить 10-15 кодов, современные системы хранят до нескольких сотен кодов, относящихся не только к двигателю, но и к автоматической коробке передач, антиблокировочной системе (АБС), подушкам безопасности, климат-контролю и т.д.

В некоторых блоках управления самодиагностика позволяет корректировать угол опережения зажигания, а на автомобилях без нейтрализатора — регулировать содержание оксида углерода в отработавших

газах. Кроме того, на современных моделях сканеров реализовано так называемое тестовое диагностирование: входные сигналы подаются в определенный момент с последующей проверкой датчиков и реакции исполнительных элементов.

Сканер проверяет входные и выходные параметры электрических цепей и информирует оператора об их величине. Таким образом, он всего лишь фиксирует наличие или отсутствие неисправностей в каком-либо узле, но не позволяет определять их причины, которых может быть много для одних и тех же значений контролируемых параметров.

По способу хранения информации аппаратные сканеры делятся на картриджные и программируемые. Для приведения картриджного сканера в рабочее состояние необходим картридж с диагностическим кабелем, соответствующим проверяемой модели автомобиля. Комплект такого сканера состоит из трех основных частей: самого сканера, сменных картриджей и соединительных кабелей, предназначенных для присоединения к диагностическому разъему проверяемого автомобиля. Каждый картридж предназначен для работы с блоком управления своего типа.

Рис. Картриджный сканер для диагностирования автомобилей одной или определенных марок.

Необходимость в использовании разных вычислительных платформ для функционально одинаковых изделий вызвана не столько появлением новых задач программного обеспечения, сколько экономическими (стоимость, сроки), техническими (вес, герметичность и т.п.) и даже политическими факторами (например, ограничениями стран-производителей на применение того или иного оборудования). Для разработчиков бортовых программ новая платформа означает, как правило, иной интерфейс с операционной системой и системой программирования, иную интерпретацию типов данных, а следовательно, иные соглашения по программированию, модификацию исходных текстов и тестовых процедур, регрессивное тестирование, повторную квалификацию компонентов.

Для решения этих проблем приходится привлекать значительные ресурсы, а сроки разработки значительно увеличиваются. Требуется технология, позволяющая без доработки переносить основную часть прикладного программного обеспечения служебных систем и полностью сохранять актуальность архивов тестовых процедур, что дает возможность проводить регрессивное тестирование при сопровождении бортовых программ.

Принятая в Научно-производственном объединении прикладной механики (НПО ПМ) им. М.Ф. Решетнева стратегия разработки обеспечивает переносимость бортовых программ. Это достигается за счет архитектуры расслоения и стандартизации прикладных и пользовательских интерфейсов бортовых программ и средств разработки, а также применения в качестве языка программирования сильно структурированного языка со строгой типизацией данных Модула-2. В рамках этой стратегии были предложены следующие разработки:

в составе бортового программного обеспечения специфицирован и реализован служебный слой, предоставляющий приложениям платформно-независимый прикладной интерфейс;
разработана методика, позволяющая на основе Модула-2 создавать заведомо переносимые бортовые программы;
разработаны машинно-независимые диалоговый и пакетный языки для проведения и документирования процедур тестирования;
создана типовая кросс-система программирования, реализующая кодогенерацию для базового бортового компьютера и позволяющая тестировать бортовое программное обеспечение на интерпретаторе команд этого компьютера;
разработана методика модификации типовой кросс-системы программирования для произвольного коммерческого бортового компьютера, сохраняющая все пользовательские интерфейсы.

Архитектурная декомпозиция бортовых программ

Для поддержки управления спутником связи была определена каноническая структура бортового программного обеспечения, предполагающая его трехслойную реализацию. Третий слой — прикладные программы спутниковых систем, которые составляют до 80% объема бортового ПО. Этот слой не зависит от платформы, поскольку при его реализации используются только интерфейсы, предоставляемые вторым, абстрагирующим, слоем. Первый слой — применяемая операционная система (ядро поддержки режима реального времени и набор драйверов).

Канонический состав абстрагирующего слоя был определен после анализа потребностей нескольких поколений спутников. В нем выделены и специфицированы три составляющие:

стандартные интерфейсы канонического ядра поддержки режима реального времени;
стандартные интерфейсы канонического набора устройств бортового комплекса управления;
стандартные типы канонического набора данных, используемых в процессах управления подсистемами спутника.

Строгая типизация и раздельная компиляция, принятые в языке Модула-2, позволили реализовать абстрагирующий слой в виде набора библиотек и обеспечить полнофункциональный платформно-независимый интерфейс для прикладных программ. Благодаря строгой типизации, появилась возможность достичь уровня абстракции данных, с одной стороны, максимально приближенного к понятиям проблемной области, а с другой, в максимальной степени платформно-независимого. Раздельная компиляция программ позволила стандартизовать и зафиксировать прикладной интерфейс в модулях определения, что сделало возможным повторное использование компонентов, реализующих одинаковые функции, без изменения исходного текста. Кроме всего прочего, это существенно упростило процесс управления конфигурациями.

Данный подход может применяться при проектировании и разработке любого функционального программного обеспечения для любой встроенной системы, но далеко не каждый язык программирования поддерживает его столь же естественно, как Модула-2. Этот язык гарантирует на уровне системы программирования точный перенос свойств стандартизированных типов данных и делает программы, использующие эти типы данных, независимыми от вычислительной платформы.

Адаптируемая кросс-система программирования

Кросс-система программирования на языке Модула-2 (КСП) реализует кодогенерацию для виртуального бортового компьютера с возможностью настройки на новые вычислительные платформы. КСП содержит средства тестирования и отладки, позволяющие разрабатывать бортовые программы на интерпретаторе команд базового бортового компьютера с использованием независимых от ее архитектуры языков диалогового и пакетного тестирования.

В дополнение разработаны методика и средства настройки КСП, обеспечивающие создание бортовых программ для произвольных коммерческих бортовых компьютеров с сохранением всех пользовательских интерфейсов КСП. Методика базируется на проведенной при создании КСП архитектурной декомпозиции, в результате которой в составе КСП были выделены платформно-зависимые компоненты (как в компилирующей, так и в исполняющей части) и стандартизованы их интерфейсы.

Получать исполнимый код при переходе на новую вычислительную платформу можно с помощью двух вариантов настройки КСП, предусматриваемых методикой.

Первый предполагает использование компонентов коммерческих систем программирования с языка Си, реализующих стандарт ANSI C. В таком случае кодогенерация осуществляется скрыто от программиста в два приема — путем конвертации программ на Модула-2 в программы на Си (это осуществляет реализованный в КСП конвертор) и последующей трансляции Си-программ коммерческим транслятором. При этом средства КСП обеспечивают получение всей отладочной информации, необходимой для тестирования в терминах Модула-2. Сборка проекта и получение исполнимого кода осуществляются через стандартную оболочку КСП с использованием соответствующих компонентов коммерческой системы программирования.

Второй вариант состоит в разработке новой кодогенерирующей части компилятора базовой КСП. Выбор варианта определяется сроками создания и сопровождения бортового программного обеспечения, требованиями к эффективности, безопасности и т.п.

Что же касается исполняющей части КСП, то, в соответствии с методикой, отладчик КСП разделяется на два блока:

Исполнитель — независимая от архитектуры бортового компьютера часть отладчика КСП, реализующая диалоговый и пакетный языки тестирования и отладки;
Интерпретатор — программный интерпретатор системы команд конкретного бортового компьютера.

Стандартизованный интерфейс между этими компонентами и используемые методики позволяют, не затрагивая Исполнитель, разработать и встроить в отладчик КСП интерпретатор команд выбранного бортового компьютера [3].

В КСП реализованы специально разработанные независимые от вычислительной платформы диалоговый и пакетный языки отладки, которые предназначены для программирования, выполнения и документирования процедур тестирования и отладки в терминах языка программирования. Язык пакетной отладки позволяет использовать те же процедуры тестирования и после переноса объекта тестирования на другую платформу. КСП функционирует в среде Windows NT/2000 на платформе Intel.

В дополнение к традиционным средствам КСП разработана платформно-независимая система измерений, опирающаяся на специфику Модула-2. Она позволяет не только вычислять достигнутый уровень полноты тестирования бортовой программы по критериям С1 и С, но и проводить профилирование программы и метрические измерения ее исходных текстов, получая оценку уровня соответствия компонента требованиям архитектурного проекта. Эта возможность достигается только благодаря использованию сильно структурированного языка программирования, такого как Модула-2. Она обеспечивает полный контроль над процессом выполнения программы во время тестирования и делает тестовые процедуры (что особенно важно при пакетном тестировании) независимыми от локальных изменений исходного кода тестируемой программы.

Практика переноса

Эта технология позволяет задолго до изготовления бортового компьютера создать необходимое число рабочих мест программиста. Причем можно приступать к проектированию и автономному тестированию новых программ не дожидаясь настройки КСП на новый бортовой компьютер (т.е. до встраивания нового интерпретатора), — с помощью имеющейся КСП для базового бортового компьютера. В таких случаях после появления нового интерпретатора необходимо одноразовое автоматическое повторение созданных процедур тестирования.

Возможность автоматической оценки полноты тестового покрытия и оценки характеристик компонентов бортового ПО обеспечивает требуемый уровень их качества.

Технология была опробована в весьма сложной ситуации. Бортовое программное обеспечение для 32-разрядного отечественного бортового компьютера, характеризующееся обратной нумерацией байт в слове, адресацией каждого байта и функционированием в операционной системе собственной разработки, было перенесено на 16-разрядную вычислительную платформу с прямой нумерацией байт в слове, адресацией только по словам и универсальной операционной системой.

Литература

Научно-производственное объединение прикладной механики им. М.Ф. Решетнева — ведущий отечественный разработчик спутников связи и ретрансляции. В конце 70-х годов НПО ПМ приступило к проектированию спутников связи с бортовыми комплексами управления на базе бортовых компьютеров с универсальной системой команд. Первый спутник с бортовым компьютером, универсальной операционной системой собственной разработки и прикладным бортовым ПО, обеспечивающим полнофункциональное оперативное и автономное управление космическим аппаратом, был запущен в 1982 году. С тех пор использование бортовых компьютеров на спутниках стало традиционным, а вопросы создания и сопровождения бортовых программ, надежной мобильной технологической поддержки этих процессов, гарантирования качества бортовых программ стали приоритетными для НПО ПМ.

Программное обеспечение, используе БЦВК, состоит из различных модулей.

Его конфигурация для испытательных режи мов работы СУ определяется загрузкой необ ходимого набора модулей, хранящихся в памя ти компьютера, в память центрального компь ютера БЦВС.

В режимах предстартовой подготовки на стартовый комплекс из наземной аппаратуры СУ загружаются модули программ спецвычис4 литель наземного устройства ( СВНУ ), для управления конфигурацией задач СВНУ, учета паспортных параметров ККП.

Модули программ задач управления по летом РН загружаются в память центрального компьютера БЦВК в конце предстартовой подготовки РН. Управление конфигурацией

программы полета осуществляется через мас сив ПЗ, состав которого рассчитывается в за висимости от миссии РН. ПЗ загружается в ОЗУ центрального компьютера БЦВС по окончанию решения задач СВНУ в конце ре жима предстартовой подготовки.

Конфигурация загрузки программных модулей в запоминающие устройства модулей ЦВС. В запоминающие устройства модулей ЦВС на заводе изготовителе загружаются различные программы. В ПЗУ СМ заносится программа загрузчик, обеспечивающая ввод всех программ, загруженных в запоминаю щие устройства модулей ЦВС, для режимов комплексных проверок, предстартовой под готовки и полета. В ПЗУ ВМ ССН заносятся программы приема и обработки данных (по тракту GPS).

Структура бортового программного обес печения. В состав загружаемого в запоминаю щее устройство периферийного вычислителя СМ и ВМ ЦВС программного обеспечечения входят:

программы расчета элементарных мате матических функций, обмена, диспетчеры,

Аджян А.П., Аким Э.Л., Алифанов О.М., Андреев А.Н. Ракетно-космическая техника. Машиностроение. Энциклопедия. T. IV-22 В двух книгах. Книга первая

СИСТЕМА ДИАГНОСТИРОВАНИЯ РАБОТЫ РН В ПОЛЕТЕ

реализующие временные диаграммы и цикло граммы всех участков;

программные модули операционной сис темы вычислительного процесса ВМ, расчет ных и логических функциональных блоков, формирования выходных команд и управляю щих сигналов БЦВК, а также формирования информации для выдачи в систему телеизме рений, встроенного контроля работоспособно сти ЦВС и управления конфигурацией вклю чения резервнного оборудования

Данный комплекс программных модулей реализует исполнение всех задач в соответст вии с заданными алгоритмами полета.

Структура данных, используемых полетной программой БЦВК. Параметры пуска (миссии), определяющие временную диаграмму полета, систем стабилизации, спутниковой коррек ции, данные о траектории выведения, содер жатся в массиве ПЗ (массив Ма2), записывае мом перед пуском в память БЦВК.

Параметры ПЗ отражают структуру функ циональных задач основных полетных пара метров, в которую входят параметры:

навигационной задачи и системы наведе

системы стабилизации; спутниковой коррекции; СУ расходом топлива; диагностики ККП.

Параметры пуска, включающие харак теристики геодезического обеспечения в точке пуска, ориентацию осей РН относи тельно направления на север, баллистиче ский пеленг для наведения ГСП, паспортные параметры ККП, признак полезной нагрузки (тип обтекателя) содержатся в соответствую щем массиве.

Массивам ПМО соответствуют контроль ные суммы.

Функционирование полетной программы.

В состав БЦВК введено устройство (квар цевое) синхронизации, обеспечивающее с вы сокой стабильностью выработку циклических меток (1мс).

Решение задач полетной программы ор ганизовано по жестким циклограммам. Основ ной цикл Т 0 60 мс работы ЦВС при выпол нении полетной программы организуется с помощью счетчиков в СМ ЦВС, обрабатываю щих заданное количество меток.

8.2.3. СИСТЕМА ДИАГНОСТИРОВАНИЯ РАБОТЫ РН В ПОЛЕТЕ

Критериями аварийного функционирова ния РН являются:

1. Потеря управляемости — превыше ние допустимых величин рассогласования между программными и текущими значения ми углов тангажа, рыскания, крена и угло вых скоростей. Данный критерий формиру ется в БЦВК на основании обработки теку щих данных ККП.

2. Невыдача команды на разделение I и

на начало запуска дви

внутри допустимых диапа

Данный критерий формиру

ется БЦВК и обобщенно контролирует ре зультаты ненормального функционирования I и II ступеней, приводящего к недопустимо му недобору скорости РН, свидетельствую щему о нецелесообразности продолжения полета. Определение скорости производится по данным маятниковых акселерометров ка ждого ТГС.

3. Преждевременное отделение бокового блока определяется в БЦВК при отставании бокового блока от центрального.

4. Снижение тяги двигателя III й ступени.

5. Отказ ККП реализуется в БЦВК в слу чае отказа двух ТГС на основании диагности ческого слова ТГС и анализа информации, из меряемой двумя ТГС (отказ одного любого ТГС на точностные характеристики управле ния полетом РН не влияет).

8.2.4. НАЗЕМНАЯ АППАРАТУРА СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ

Наземная аппаратура СУ (НАСУ) отно сится к классу ремонтопригодных управляю щих систем, выполняющих свою основную функцию — автоматическую предстартовую подготовку — в режиме реального времени по сигналам от системы единого времени.

Оптимальное построение таких систем по критериям надежности выполнения основной задачи с учетом объема запасных частей, стои мостей изготовления и создания ПМО обеспе чивают двухканальной резервированной структурой, в которой соблюден принцип вы полнения основной задачи при отказе одного канала НАСУ.

НАСУ выполнена в виде двухуровневой структуры с агрегатно модульным построе нием на основе базового ряда аппарат но программных модулей в унифицирован ных конструктивах.

В состав НАСУ входят:

двухканальный прибор управления ракет ным стартом (ПУРС), предназначенный для централизованного автоматизированного зада ния режимов работы СУ;

ЭВМ в каждом канале ПУРС, обеспечи вающая выполнение при помощи ПУРС задач по управлению режимами, вводу и хранению необходимой информации, кодовому взаимо действию с бортовой аппаратурой системы управления ( БАСУ ), и являющаяся средством отображения и регистрации информации о хо де и результатах выполнения штатных режи мов НАСУ;

двухканальный прибор цифровой управ ляющий, осуществляющий прием и преобра зование сигналов, контроль достоверности преобразования, взаимодействие с БАСУ и системами стартового комплекса по релей ным и аналоговым сигналам и кодовое взаи модействие с ПУРС;

прибор контроля цепей, обеспечиваю щий контроль правильности стыковки соеди нителей НАСУ и БАСУ, проверку разобще ния цепей СУ с корпусом и взаимодействие с ПУРС по передаче результатов проверки для отображения и регистрации;

приборы датчиков тока для съема, преоб разования и выдачи токов, протекающих в це пях, контролируемых НАСУ;

Читайте также: