Проект: Разработка космической технологической лаборатории на основе платформы СмКА

Космическая технологическая лаборатории на основе платформы СмКА необходима для проведения научных изысканий, летных технологических экспериментов в интересах научных групп образовательных организаций, различных предприятий РФ, в частности предприятий ГК «Роскосмос», для апробации перспективных аппаратных и программных технологий с возможностью оперативной конфигурирование технических средств в процессе эксплуатации. Космическая лаборатория позволит проводить комплексный анализ состояния спутника, изучения взаимосвязей телеметрии и сбоев при рассмотрении спутника в рамках системы, а не отдельных блоков. Полученные результаты будет способствовать формированию требований к проектированию новой ракетно-космической аппаратуры. Помимо этого, наличие такой лаборатории позволит снизить финансовые и временные затраты научных коллективов на проведение экспериментов непосредственно на космическом аппарате. Космическая технологическая лаборатория будет обеспечивать выполнение следующих функций: a. Взаимодействие с центром управления полётов (ЦУП) в части передачи телеметрии получения команд управления. b. Обеспечение высокоскоростной передачи данных с ЦУП. c. Управление космическим аппаратом и его ориентацию в космическом пространстве, включая определение положения и скорости. d. Контроль других подсистем аппарата. e. Сбор и обработка данных телеметрии. f. Аппаратно-программный комплекс космической технологической лаборатории позволит выполнять натурные эксперименты с высокоресурсными вычислениями и работой с внешним оборудованием. g. Конфигурирование и перепрограммирование аппаратно-программного комплекса космической технологической лаборатории по команде из ЦУП. В результате разработанная космическая технологическая лаборатория позволит решать ряд следующих задач: a. Тестирование и отладку новых аппаратных и программных решений; b. Тестирование новых протоколов передачи данных с использованием различных физических сред (оптоволокно, радиоканал, электрические линии связи); c. Тестирование алгоритмов обработки данных на борту космического аппарата (сжатие, шифрование и пр.); d. Тестирование высокоскоростных помехоустойчивых радиолиний; e. Апробация технологии конфигурирования и ремонта оборудования в процессе эксплуатации; f. Тестирование технологии встраиваемых в бортовую аппаратуру "смарт-тестов" и быстрой аппаратно-программной интеграции (технология PnP) – для ускоренных автоматизированных испытаний на ЗИ; g. Создание информационной базы для подготовки специалистов по инновационным направлениям космического приборостроения и информационным технологиям.

Актуальной проблемой на сегодняшний день является оперативное выявление и устранение неисправностей бортовой радиоаппаратуры, возникающих в процессе эксплуатации спутника. Зачастую, анализ критических параметров отдельных блоков осуществляется оператором в центре управления полётами (ЦУП). Космическая лаборатория будет выступать в качестве аппаратной основы для комплексного анализа состояния спутника, изучения взаимосвязей телеметрии и сбоев при рассмотрении спутника в рамках системы, а не отдельных блоков. Полученные результаты будут способствовать формированию требований к проектированию новой ракетно-космической аппаратуры. В будущем такое решение может способствовать полной автоматизации поиска, выявления и устранения неисправностей на бортовой аппаратуре космического аппарата. Второй актуальной проблемой является высокие временные и финансовые затраты на подготовку и проведения космических исследований ввиду дороговизны запуска и высокой сложности проектирования спутниковых аппаратов. Наличие космической лаборатории, имеющей доступ к различной периферии, позволяющей производить смену рабочей программы в ходе эксплуатации, позволит значительно снизить стоимость некоторых научных исследований в области исследования ближнего космоса.

Космическая технологическая лаборатория на основе конфигурируемой аппаратно-программной цифровой платформы СмКА. Цифровая платформа космической технологической лаборатории (КТЛ) должна иметь в своем составе: а) Радиолиния (РЛ) между СмКА – центр управления полетами (ЦУП): – РЛ1 – служебный канал передачи телеметрической информации (ТМИ), массивов данных и команд управления (КУ); скорость не менее 16 кбит/с; – РЛ2 – высокоскоростной канал двухсторонней передачи данных для проведения технологических экспериментов; скорость не менее 1024 Кбит/с. б) Комплекс авионики на основе бортового контроллера (микроконтроллер) для обеспечения функционирования СмКА и управления конфигурированием КТЛ в) Аппаратно-программный комплекс космической технологической лаборатории (КТЛ): – два комплекта (А и Б); – состав комплекта: ЦПУ (микроконтроллер), конфигурируемый модуль на основе ПЛИС (не менее 4 ПЛИС), ПЗУ для хранения базового/системного программного обеспечения (БПО), два комплекта ОЗУ объемом не менее 4–8 Мбайт и блоком защиты данных каждый, коммутационная матрица сигналов.

В данном проекте должно быть использованы следующие способы и методы реализации: а) детальное планирование проекта; б) прототипирование и моделирование для проверки концепции, функциональности и достигнутых характеристик. Что требуется для выявления и устранения возможных проблем.

На 2023 г. разрабатываемая лаборатория не имеет отечественных аналогов. Изучение взаимосвязей телеметрии и сбоев при рассмотрении спутника в рамках системы, а не отдельных блоков, позволит проводить комплексный анализ состояния спутника.

Коллективом СКБ «Смена» ведутся работы в части коммуникационных технологии космических аппаратов. Создан макет маршрутизатора SpaceWire, разработаны сложно функциональные блоки SpW-приёмопередатчиков, ведётся разработка моста SpW-Eth на базе ПЛИС Artix-7. Кроме того, имеется обширный опыт разработки радиоэлектронных средств и программного обеспечения.

К настоящему моменту на рынке ракетно-космической отрасли отсутствуют платформы для проведения комплексного анализа состояния спутников, изучения взаимосвязей телеметрии и сбоев при рассмотрении спутника в рамках системы, а не отдельных блоков.