­­­­Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана»

(МГТУ им. Н.Э. Баумана)

Всероссийская олимпиада школьников

«Шаг в будущее, Космонавтика»

Повышение надежности

вычислительного модуля

на базе микроконтроллеров

для корректировки орбиты

микро спутника

Автор: Бычков Дмитрий Вячеславович, лицей г. Климовска, 11А

Научный руководитель: Бычков А.В., аспирант СМ-5

Москва

2014 г.

Введение 4

Основная часть 5

Анализ путей повышения надежности 5

Описание системы 7

Сбор данных телеметрии 8

Варианты состояния телеметрии: 8

Связь между модулями 9

Работа с датчиками 10

Связь с исполнителем 10

Расчет показателей надежности 11

Надежность 2 уровня (датчиков) 11

Надежность 1 уровня (вычислительной части) 11

Итоги: 12

Заключение 14

Общая оценка работы 14

Дальнейшие пути совершенствования 14

Введение

В современном мире спутники играют огромную роль (системы геопозиционирования, мониторинг земли и ее атмосферы и т.д.) Для организации связи и решения других задач все чаще используют космические спутники. Стоимость спутника, в том числе и микро спутника, велика, а ремонт их практически невозможен, поэтому задача обеспечения надежности функционирования является важнейшей.

Важным условием правильной работы микро спутника является стабильность его орбиты и ориентации в пространстве, обеспечивающие необходимое положение антенн и измерительных приборов. Одним из способов поддержания стабильной орбиты, является использование гироскопов и датчиков ускорения микро спутника по трем осям для управления двигателем.

Цель работы: повышение надежности вычислительного модуля, управляющего движением микро спутника.

Основная часть Анализ путей повышения надежности

Повысить надежность системы можно двумя путями. Первое это повышение надежности объектов системы, второе это их резервирование.

В предлагаемой системе использован второй способ, так как первый технически сложен, затратен и является задачей производителей оборудования.

Система с резервированием – это система с избыточностью элементов, т. е. с резервными составляющими, избыточными по отношению к минимально необходимой (основной) структуре и выполняющими те же функции, что и основные элементы. В системах с резервированием работоспособность обеспечивается до тех пор, пока, для замены отказавших основных элементов, имеются в наличии резервные.

По виду резервирование системы подразделяют на:

Активное (нагруженное) – резервные элементы функционируют наравне с основными (постоянно включены в работу);

Рис.1 Нагруженное резервирование

Пассивное (ненагруженное) – резервные элементы вводятся в работу только после отказа основных элементов (резервирование замещением).

Рис. 2 Ненагруженное резервирование

При нагруженном резервировании резервные элементы расходуют свой ресурс, имеют одинаковое распределение наработок до отказа и интенсивность отказов основных и резервных элементов одинакова. При нагруженном резервировании различие между основными и резервными элементами часто условное. Для обеспечения нормальной работы (сохранения работоспособности) необходимо, чтобы число работоспособных элементов не становилось меньше минимально необходимого. Разновидностью нагруженного резервирования является резервирование с облегченным резервом, т. е. резервные элементы также находятся под нагрузкой, но меньшей, чем основные. Интенсивность отказов резервных элементов облегченного резерва ниже, чем у основных. При ненагруженном резервировании резервные элементы не подвергаются нагрузке, их показатели надежности не изменяются и они не могут отказать за время нахождения в резерве, т. е. интенсивность отказов резервных элементов равно нулю. Резервные элементы включаются в работу только после отказа основных элементов. Переключение производится вручную или автоматически Разновидностью ненагруженного резервирования является скользящее резервирование, когда один и тот же резервный элемент может быть использован для замены любого из элементов основной системы.

+/-	Нагруженный резерв	Ненагруженный резерв
+	- Нет перерыва в работе системе, при переходе с одного элемента на другой. - Возможность отследить ложные данные. - Возможность повысить точность данных	- Резерв не потребляет энергии - Не вырабатывает свой ресурс - Не требует усложнения логики системы
-	- Система больше потребляет. - Усложняет логику работы системы	- Перерыв в работе системы пока резервный модуль включится - Должен быть кто-то кто включит систему Вероятность перевода резервного эл-та в рабочее состояние не равна 1.0

Исходя из этого, был выбран смешанный путь резервирования, объединяющий достоинства обоих видов.