ВОЗМОЖНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ ПОВЫШЕНИЯ ЦЕЛЕВОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ МАЛЫХ КОСМИЧЕСКИХ АППАРАТОВ
© В.Ю.Клюшников, К.С.Пилявский
© Государственный музей истории космонавтики им. К.Э. Циолковского, г. Калуга
Симпозиум
2017 г.
Наряду с очевидными преимуществами, малые космические аппараты (МКА) и орбитальные структуры из них [1] имеют и существенные недостатки. К основным из них относятся:
– ограниченные энергетические возможности, не позволяющие устанавливать мощную радиопередающую и ретранслирующую аппаратуру, радиолокационные и лидарные комплексы и т.д.;
– малые масса и геометрические размеры, не позволяющие устанавливать средства дистанционного зондирования Земли (ДЗЗ) с большими апертурами;
– малый срок активного существования вследствие ограниченных возможностей обеспечения высокой надежности.
Перечисленные недостатки могут быть в значительной мере устранены в рамках кластерной структуры МКА, получившей название распределенного космического аппарата [1]. Основная идея распределенного КА состоит в распределении между отдельными МКА и последующем синтезе целевой функции. Очевидно, что для этого МКА в кластере должны функционировать в высшей степени согласованно.
Функциональное предназначение распределенного КА (РКА) может быть реализовано на основе комплексирования элементарных целевых систем отдельных МКА (микрофрагментов антенных решёток, ПЗС-матриц и т.д.) в сложные полнофункциональные структуры.
Отдельные МКА должны обладать свойством устойчивости к отказам. Появление МКА призвано сделать доступными космические услуги для широкого круга потребителей. Изначально, в соответствии с концепцией малого космического аппарата (МКА) [2], это достигается за счет использования в конструкции МКА дешевых комплектующих. Так, в частности, применяемая элементная компонентная база (ЭКБ) не должна обязательно соответствовать уровням качества «space» или «military»; достаточно уровня «industrial» или «commercial». В противном случае существенно возрастает стоимость МКА. Отсюда возникает задача построения надежных систем из ненадежных элементов, сформулированная еще Р. Муром и К. Шенноном [3].
Отказоустойчивость МКА может быть обеспечена способами двух типов:
– пассивными, заключающимися в различных способах резервирования (структурного, функционального, информационного, временного и др.) на различных структурных уровнях;
– активными, сводящимися к различным способам самовосстановления.
Современные технологии уже сейчас позволяют использовать в бортовых системах энергоснабжения МКА миниатюрные источники тока на основе прямого преобразования ядерной энергии в электрическую (бета-вольтаических, радиоизотопных и др. преобразователей). Это позволит повысить надежность и энерговооруженность МКА.
Повышение эффективности использования МКА в системах связи, вещания и ретрансляции может быть достигнуто за счет использования средств повышения помехоустойчивости и достоверности приема радиосигналов (помехоустойчивого кодирования, синтаксического сжатия данных, деления потока передаваемой информации на независимые информационные части малой разрядности, нетрадиционного представления данных образами-остатками и т.д.).
Развитие методов и средств многопозиционной радиолокации, распределенного сканирования в оптическом диапазоне, реализация концепции отказоустойчивости и совершенствование методов приема слабых сигналов в условиях помех соответствуют общим закономерностям техногенеза – микроминиатюризации и комплексированию отдельных технических средств в системы, в которых, благодаря совместному функционированию и взаимодействию элементов, значительно повышается целевая эффективность кластеров МКА (распределенных КА) и появляются новые возможности.
Литература
1. Клюшников В. Ю. Построение кластеров малых космических аппаратов // Изв. вузов. Приборостроение. 2016. Т. 59, № 6. С. 423—428.
2. Разработка систем космических аппаратов. Под ред. П. Фортескью, Г. Суайнерда, Д. Старка. Пер. с англ. — М.: Альпина Паблишер, 2015. — 765 с.
3. Мур Р., Шеннон К. Надежные схемы из ненадежных реле. Работы по теории информации и кибернетики. – М.: ИЛ. 1963. – С. 149-189.