Общие принципы построения наземного комплекса управления

Командно-измерительные пункты НКУ

Наземная аппаратура радиотехнических систем НКУ, предназначенная для обмена информацией с КА, размещается на командно-измерительных пунктах. В составе НКУ обычно используются несколько КИПов. Они могут быть стационарными или подвижными (располагаться на плавучих судах, автомобилях, самолетах и т.п.). Место размещения КИПа на поверхности Земли существенно зависит от баллистической структуры орбитальной группировки управляемой космической системы, требований к точности НБО и глобальности информационного взаимодействия НКУ с КА.

Условия наблюдения КА с КИПа прежде всего определяются высотой его орбиты и траекторией подспутниковой точки на поверхности Земли (трассы орбиты КА) относительно КИПа. С точки зрения обеспечения управления требования к условиям наблюдения КА средствами НКУ определяются необходимостью реализации в сеансах связи технологического цикла управления КА. При штатном полете, как правило, непрерывность и глобальность информационного взаимодействия КА с НКУ не являются необходимыми. Однако в случае отклонений от программы полета и возникновения нештатных ситуаций (для обеспечения оперативного выхода из них) возможность организации канала связи с КА в любой момент времени является важным фактором повышения надежности управления полетом.

Большинство космических радиолиний работает в диапазоне СВЧ, вследствие чего проведение сеансов связи между К А и КИПом оказывается возможным только в течение времени пребывания КА в зоне его прямой видимости. Зоной радиовидимости КИПа принято считать всю часть околоземного пространства, видимую из КИПа при углах возвышения над местным горизонтом более 7°. В этой зоне обеспечивается устойчивая радиосвязь наземных и бортовых радиосредств и заданная точность траекторных измерений. Однако иногда рассматривают зоны радиовидимости и при углах возвышения менее 7°.

Зона радиовидимости КИПа

Из геометрических построений, показанных на рис., следует, что расстояние d от КИПа до КА, находящегося на границе радиовидимости (иногда это расстояние называют радиусом зоны радиовидимости), определяется выражением

где R — средний радиус Земли, R = 6371 км; Н — высота орбиты; E_min — угол места, соответствующий границе зоны радиовидимости. Для E_min = 0 выражение (выше) упрощается:

При Н/(2R) < 1 получим простую формулу

Для диапазона высот орбиты КА от 200 до 1000 км, в пределах которого находятся орбиты большинства КА ближнего космоса, радиусы зон радиовидимости КИПа при E_min = 7° будут в пределах от 1000 до 3000 км. Максимальная продолжительность сеанса связи КИПа с низко-орбитальными КА достигает 5...13 мин в зависимости от высоты орбиты при условии, что трасса полета проходит через точку расположения КИПа. Малая продолжительность сеанса связи КИПа с КА обусловливает существенные трудности в обеспечении глобальности и непрерывности информационного взаимодействия с точки зрения как управления полетом КА, так и передачи и приема целевой информации. Одним из путей решения этой проблемы является многопунктная рассредоточенная структура НКУ, состоящая из совокупности КИПов, разнесенных на поверхности Земли. На рис. показана трасса полета КА по круговой орбите с параметрами Н = 500 км, i = 63,0° и изображены зоны радиовидимости пяти КИПов, дислоцированных в районах городов Москвы, Улан-Удэ, Джусалы, Уссурийска, Петропавловска-Камчатского.

Трасса полета КА и зоны радиовидимости КИПов

На число привлекаемых в состав НКУ КИПов влияют требования к точности, оперативности определения параметров орбиты КА средствами НКУ и требования к интервалам радиовидимости КА для обеспечения передачи КПИ, контроля работы бортовых систем, приема целевой информации, а также радиотелефонной и телевизионной связи с экипажами пилотируемых космических комплексов.

Анализ выражения и рис. выше позволяет сформулировать ряд общих требований к размещению на поверхности Земли КИПов с точки зрения обеспечения наилучших условий связи с низкоорбитальными КА ограниченным составом КИПов:

для обеспечения связи с КА на наибольшем числе витков за сутки КИПы должны быть максимально и равномерно разнесены на поверхности Земли по географической долготе;
для обеспечения непрерывной связи с КА максимальное разнесение двух соседних КИПов не должно превышать диаметра зоны радиовидимости КИПа;
для обеспечения связи каждого КИПа с КА на наибольшем числе витков в сутки географическая широта размещения КИПа должна быть несколько меньше (на 5...10°) угла наклонения плоскости орбиты КА к плоскости экватора.

Из требования 3, в частности, следует, что для каждой орбитальной группировки КА, характеризуемой баллистическим построением с одинаковым углом наклонения орбиты, существует своя оптимальная (с точки зрения условий радиосвязи) географическая широта размещения КИПов.

Для КА среднего космоса на высокоэллиптических орбитах (ВЭО) с апогеем до 100 тыс. км и геостационарных КА интервал радиовидимости с наземного КИПа существенно возрастает. Он увеличивается до нескольких часов для КА на ВЭО, и радиовидимость становится круглосуточной для КА на ГСО. С учетом данного условия число КИПов, привлекаемых в состав НКУ для управления указанными КА, может быть сокращено до одного-двух при соответствующем их расположении на поверхности Земли.