4. Измерительно-информационные системы как средство обеспечения испытаний ка

Информация об экспериментальных значениях различных параметров КА получается с помощью радиотелеметрических, радиолокационных, автономно - регистрирующих и других дистанционных автоматически действующих измерительных систем.

К необходимой информации следует предъявлять два обобщенных требования:

1. - Полнота информации для возможности установления правиль- ности функционирования систем и основных агрегатов или узлов КА. Однако требование полноты измерений противоречит массовым лимитам, которые для КА являются чрезвычайно строгими. Масса бортовой части систем измерения составляет от 3,5 до 10% от сухой массы КА;

2. - Точность информации, что для ряда измерений является также трудной задачей, поскольку жеКАемые точности измерений во много раз превосходят технические возможности. Так, например, для измерения скорости носителя КА, где V_k 7900 м/с, необходима точность порядка 0,5 - 1,0 м/с, т.е.  0,01 %. Для сравнения: точность обычных технических измерений 1 - 0,5%, что почти на два порядка (в 100 раз) отличается от предъявляемых здесь требований.

Основные требования, предъявляемые практически к любой информационно-измерительной системе, следующие:

1. Обеспечение одновременного измерения многих (в некоторых случаях до несколько тысяч) разнообразных физических величин.

2. Точность измерения порядка до одного - двух процентов; в особых случаях - порядка десятых, еще реже - сотых процента. Для небольшого количества параметров, имеющих частотный спектр до 200 Гц и более, точность передачи 3 - 5%.

3. Обеспечение одновременной передачи и приема сообщений с разнообразными спектрами (от долей Герца до 10 кГц и с различными скоростями поступления сообщений (от 50 до 2  10⁶ дв. ед./с).

4. Высокая помехозащищенность от естественных, а в ряде случаев и от организованных помех.

5. Максимальная простота, экономичность, надежность, малая масса, габариты и энергопотребление бортового устройства. Кроме того, к нему предъявляются жесткие эксплуатационные требования в связи со специфическими условиями работы при старте и на активном участке траектории, а также в орбитальном полете.

Эти требования, как уже указывалось выше, являются в значительной мере противоречивыми. Однако они должны быть подчинены основной цели - эффективности проведения испытаний. Поскольку испытания (летные, стендовые) больших комплексов являются очень дорогостоящими, количество их обычно очень мало, а информативность должна быть чрезвычайно высокой.

Ввиду этого приходится при опытной отработке КА выделять большие массовые лимиты для системы измерений, обеспечить большую надежность получения информации. В аварийных ситуациях используется принцип: “Информация должна погибать последней”.

6. Регистрация данных наземными устройствами в форме, удобной для анализа и последующей обработки, а также для обработки информации с помощью ЭВМ.

7. Гибкость, т.е. способность к быстрой перенастройке при изменении программы измерений, изменении частоты опроса, числа каналов, замена объектов и т.д.

Наибольшее распространение при летных испытаниях КА имеют радиотелеметрические системы измерений РТС.

Приведем типовой состав РТС.

Бортовые системы измерения включают в себя:

1) системы сбора информации (датчики, устройства согласования, распределительные устройства);

2) системы передачи информации (входные ключи, коммутаторы, частотные модуляторы, смесители, программники, преобразователи, передатчики, антенны и т.д.).

Датчики преобразуют физические величины измеряемых параметров (например, давление, температуру и т.п.) в электрические сигналы.

Сигнал, поступая в согласующее устройство, изменяет свою структуру. В стандартных системах на вход системы передачи информации должно подаваться напряжение от 0 до 6 В.

С помощью того или иного метода модуляции информационные сигналы модулируются несущей частотой радиосигнала и излучаются антенной к наземным станциям.

В наземной аппаратуре можно выделить следующие части:

1) систему приема (антенные системы, приемные устройства, различного рода регистраторы);

2) системы печати и отображения;

3) системы обработки, куда входят аналоговые вычислительные устройства, ЭВМ.

В ряде случаев предстартовые проверки проводятся без излучения антеннами в эфир, по проводам.

Системы измерений другого типа, например, автономно -регистрирующая с последующим возвращением и спасением капсулы с информацией, отличаются по своему составу от РТС только тем, что в них вместо передающей части имеется регистрирующая часть, включающая в себя устройство, позволяющее проводить непосредственную запись на носитель информации. После спасения капсулы содержащаяся в ней информация обрабатывается теми же методами, что и информация других систем.

В ряде случаев бортовые системы снабжаются запоминающими устройствами (ЗУ), в которых записывается информация на тех участках полета, когда прекращается связь с объектом.

При наличии на КА бортовым ЭВМ предварительная обработка информации может происходить на борту объектов. Исключение несущественной или избыточной информации значительно разгружает каналы связи.

Наряду с разработкой с реализацией приведенных выше характеристик информационно-измерительной системы в целом для обеспечения испытаний КА существенное значение имеют разработки требований к характеристика датчиков всех параметров.

Многообразие и сложность этих работ видна из таблицы . В ней приведены типовые измеряемые параметры и их количество на ступенях РН “Сатурн-5”, которое в целом для РН достигает 2,5 тыс.

Таблица

Измерения на РКС “Аполлон”

Объект измерения или	Число	измерений	при запуске	(или полете)
Измеряемый параметр	Первая ступень	Вторая ступень	Третья ступень	Приборный Отсек
Давление	242	174	30	27
Температура	222	251	104	70
Вибрации	82	76	22	29
Электрические сигналы	97	235	26	5
Положение	1	34	9	20
Система электропитания	11	46	32	13
Деформации	68	16	12	-
Обнаружение утечки	60	65	-	-
Расход массы	106	10	-	-
Число оборотов в минуту	5	10	2	11
Уровень горючего	8	6	6	-
Ускорение	3	2	1	7
Акустические параметры	4	5	6	1
Угловая скорость	3	3	-	27
Система управления	-	-	-	69
Контроль командной радиолинии	-	-	-	55
Прочие	-	-	-	8
по ступеням	912	933	252	342
Всего по носителю			2439

Для каждого датчика из условий решения задач испытаний КА должны быть разработаны требования по диапазонам измерений, частоте опроса, возможности сопряжений и монтажей на системе сбора информации, условия эксплуатации и требования обеспечения точности измерения в полете.

В ряде случаев приходится не только производить автономную отработку системы измерения и ряда датчиков с большой степенью новизны, но и создавать специальные стендовые установки и даже летные блоки КА с упрощенной программой полета для отработки и проверки надежности работы измерительных средств испытаний.