КА СП КОМПЛЕКС БОРТОВОЙ АППАРАТУРЫ (КБА) И БЛОК УПРАВЛЕНИЯ (БУ) ДЛЯ ПРОЕКТА «СОЛН ЕЧНЫЙ ПАРУС. - презентация

1 КА СП КОМПЛЕКС БОРТОВОЙ АППАРАТУРЫ (КБА) И БЛОК УПРАВЛЕНИЯ (БУ) ДЛЯ ПРОЕКТА «СОЛН ЕЧНЫЙ ПАРУС

2 Функции КБА КАСП КА Солнечный парус имеет следующие системы управления: 1. Блок управления (БУ: ЦП, ШУ, УВВ, ВИП, БК) 2. Система энергопитания (СЭП:(АБ, ФБ, ВИП, БК) 3. Систему терморегулирования (СОТР: НЭ, БК) 4. Систему ориентации (СО: СД, ЗД, ДУС) 5. Систему навигации (СН: GPS) 6. Радио и телеметрические системы (АРС-L, АРС-S) 7. Систему управления парусами (СУП: БД, МУ,БК) 8. Систему управления двигателем довыведения (СУДД:БК) 9. Систему контроля и ликвидации отказов (СКИЛО: ДК, АЦП, БК) 10. Систему управления полезной (научной) нагрузкой (СУПН: Панкам, ДД, Энергоанализатор, Акселерометр)

3 Структурная схема КБА СП

4 Основные характеристики КБА СП Прибор Потребление Вт Масса Кг Температ. диапазон (Сº) Примечание БУ деж. режим активный режим ,5 -50 / +50 РК «ДМ» дежурный режим сеансный режим / +50 РК «S» дежурный режим сеансный режим /+50 GPS4, / +50 Раб. цикл.\постоянно Солнечный датчик (2 шт) / +30 Раб. цикл.\постоянно ДУС (2шт) / +70 Раб.цикл.\постоянно ЗД40,35-30 / +70 Акселерометр3,50,95-50 / +50 Раб.цикл м Фотокамера1, , / +50 Панкам4.5-50/ +50 Энергоанализатор0,40,3-50/ +50 Газовые клапанаИмп Длит. 0,03-30 сек Клапан электроредукционныйИмп. 24 Длит. до 10 сек Аккумуляторная батарея 1,2 3,4 -30 / +50 Фотобатарея * 0.015м 2 АФС 1.5 Датчик давления СП Приводы СПИмп /+40Длит. до 2 мин Нагреватели : приборная рама газовые двигатели привода СП 2*10Вт 3*3Вт 1*5Вт Вне сеанса связи Перед работой СОТР+БКС+КБА+Газ,+Прив.++ Азот= ( ) =30.5кг

5 Режимы работы Дежурный режим Вт (1,4 - 3А) Блок управления 8Вт Потребление бортовой аппаратуры в основных режимах работы РК 0,.5Вт Нагреватели 9-29Вт СД 3,5 Вт ДУС 3,5 Вт ДУС, акселерометр, GPS- вкл. на телеметрию циклично, суммарное потребление до 0.5Вт Сеансный режим - 23,5-31,5Вт (2,0-2,5А) Блок управления 8Вт РК Вт Нагреватели 0Вт СД 3.5Вт Построение солнечной ориентации 25,5 – 35,5Вт (2 - 3А) БУ 8Вт РК 0.5Вт ДУС 3,5Вт СД 3,.5Вт Нагреватели 10 – 20Вт Управление парусами 80,5Вт (6.5А) БУ 8Вт РК 0.5Вт Привода (4) 62Вт Нагреватели 10 Солнечная тень Вт ( 0,1- 3А) БУ 1.5Вт РК 0.5 Вт Нагреватели - 0 – 44Вт Мощность с солнечных батарей 45Вт-48 (3,75-4,0А) К зап =0.8 S = 0.4 м 2 P солнца =150Вт/м 2 Угол отклонения +20гр

6 БЛОК УПРАВЛЕНИЯ КАСП Блок управления КА СП состоит из следующих модулей: 1. процессорный модуль 2. модуль контроля за работой процессоров, 3. модуль памяти 4. модуль автоматики и контроля СЭП 5. модуль управления пиротехническими устройствами 6. модуль обработки телеметрической информации 7. модуль выделения сигналов от радиосистем 8. модуль управления питанием приборов 9. модуль обработки информации приборов 10. модуль управления исполнительными механизмами парусов 11. модуль управления газовыми двигателями первичного контура ориентации 12. модуль обработки аналоговых датчиков 13. модуль ВИПов

7 Описание основных характеристик блока управления КА ПАРУС. Тип процессора*: Intel386SX Максимальная тактовая частота процессора: 25МГц Минимальная тактовая частота процессора[1] [2]:1 МГц[1][2] (используется в аварийном и дежурном режимах) Объем оперативной памяти[3] (возможно расширение) 6М х 16[3] в мажоритарном включении: 2М х 16 Объем энергонезависимой перезаписываемой памяти[1] 6М х 16[1] ( в мажоритарном включении): 2М х 16 Количество асинхронных портов RS422*: 10 с расширением до 32 Максимальная скорость приема/передачи данных по асинхронным портам:115 КБод Последовательный синхронный порт *: 1 Максимальная скорость передачи данных по синхронному порту[5]: 1 МГц[5] [1] Может меняться для различных проектов. [1] [2] Тактовая частота процессора понижается программно. Возможен выбор одной из 8ми частот – начиная от максимальной и еще 7, равных максимальной разделенной на 2, 4, 8, 16 и т.д.[2] [3] Объем оперативной памяти при использовании защиты от сбоев. Реальный объем установленной на плате памяти 3* (256Кх16)[3] [4] Объем постоянной памяти при использовании защиты от сбоев. Реальный объем установленной на плате памяти равен 3*(2Мх16)[4] [5] При максимальной частоте работы процессора.[5] Количество специализированных портов* (используются для радиоканалов) 2 Количество прерываний от периферийных устройств: 16 Количество программируемых выходов выбора периферийных устройств:5 Разрядность шины данных с периферийными устройствами:8 бит Количество обрабатываемых контактных каналов* 32 Количество обрабатываемых аналоговых каналов* (возможно расширение) 16 Количество силовых ключей * 64 Количество пиротехнических команд* 32 Потребление БУ 8 Вт В дежурном 2 Вт Бортовое питание БУ от 9 до 14 В Напряжение питания для вторичной нагрузки (ВИПов при мощности до 60 Вт) 27В+-2В, +5 В *Все устройства резервируемые.

8 Процессорный модуль + 5В + 5В В- 1 ВВ ЦП ЕХ ЦП ЕХ ППЗУ 1 ОЗУ 1 ПЗУ 1 FPGA 1.1 Гене ратор ПЗУ FPGA 1.2 Гене ратор ПЗУ ППЗУ 2 ОЗУ 2 ПЗУ 2 ППЗУ 3 ОЗУ 3 ПЗУ 3 СКСК

9 Шина управления БУ СП

10 Модуль УВВ К о н та кт ы Ц П 5 0 ш т. К о н та кт ы П К FPGA- IO A ОР-С FPGA- IO B 40 линий 178 линий 34 линии 4 линии ОР-D 4 линии FPGA- IO D FPGA- IO C 56 линии 23 линии 12 линий 90 линии Ключи СОИС Ключи СП Ключи ПИР Приемо- передатчик и 33 линий Ко Н Т А К Т Ы р А З Ъ Е М О В 2 0 ш т 68 линии 19 линий 16 линий 48 линий Изм. канал А Изм. канал В 25 линий 40 линий 27 линий 10 линий 23 линии 178 линий 25 линий

11 Операционное программное обеспечение ОПО состоит из 4-х функциональных частей: 1.Многозадачное ядро; 2.Код инициализации[1];[1] 3.Пользовательская программа (специализированные задачи); 4.Набор драйверов для работы с УВВ. [1] В зависимости от возможности размещения в ПЗУ код инициализации частично может быть встроен в АПО – по крайней мере в той части, которая касается инициализации процессорной периферии. [1]

12 Операционное программное обеспечение Многозадачное ядро предоставляет следующие возможности: - Реализует вытесняющее переключение задач (минимально - до 255 задач) с заданным временным интервалом и приоритетом, который зависит от частоты работы ЦП; - предоставляет средства взаимодействия и синхронизации задач; - предоставляет средства совместного доступа к драйверам УВВ; - предоставляет средства обработки прерываний - реализует механизм обработки прерываний на основе сообщений; - предоставляет средства динамического выделения/освобождения памяти. - Предоставляет средства управления задачами (запуск, останов, продолжение, завершение) и получение информации об их текущем состоянии. Код инициализации: первоначально настраивает периферийные устройства, определяет количество, первоначальное состояние (приостановленное или активное), функции входа и приоритет задач

13 Операционное программное обеспечение Задачи в ОПО. В ОПО реализованы следующие задачи: 1.тестирования кода ОПО 2.записи циклограммы 3.отработки циклограммы a.Отработки абсолютной циклограммы. b.Отработки относительной циклограммы (циклограмм). 4 передачи информации в передатчик. Имеет три режима работы: - режим непосредственной передачи (НП) – когда данные минуют массовую память и передаются непосредственно в радиолинию. - Режим воспроизведения (ВИ) – когда в радиоканал выдаются только данные из массовой памяти. - Совмещенный режим (НП-ВИ) – когда передается информация и из массовой памяти, и получаемая непосредственно в реальном времени. 5.приема командной информации. 6.замена ПО 7.распределение массовой памяти БУ 8.считывания информации от абонентов RS считывания информации аналоговых каналов 10сбора статусной информации о КА. 11формирования ТМ информации. 12ориентации КА 13навигации КА 14управления газовыми двигателями. 15управления двигателями солнечных парусов (СП) 16управления питанием приборов. 17контроля солнечных батарей 18контроля аккумуляторных батарей 19контроля работоспособности приборов 20контроля помехоустойчивости памяти 21анализа энергетической обстановки 22управление энергетической обстановкой Набор драйверов для работы с УВВ: Предоставляет единообразный интерфейс для доступа к различным аппаратным средствам БУ. Интерфейс состоит из функций инициализации, де-инициализации, запроса действия и получения статуса УВВ.

14 Звездный датчик Состав Звездного датчика : 1.Оптический модуль 2.Модуль преобразования сигнала 3.Процессорный модуль 4.ВИП

15 Описание основных характеристик звездного датчика (ЗД ). Наименование параметра Значение Точность определения оринтации: В грубом режиме (при угловой скорости до 0,5 град\сек) В точном режиме (при угловой скорости до 0,1 град\сек) 3 угл. мин. 30 угл. Сек Максимально регистрируемая звездная величина (при экспозиции 1 сек) +6 зв. вел. Экспозицияот 0,05 сек до 2 сек Число звезд в каталогедо 250 Частота обновления информации5 Гц Поле зрения20х20 град Выходные данные Углы или кватер- нион ориентации Матрица1024х1024 pix Интерфейс связиRS422 или 485 Скорость передачи информации4.8 кбод – 2Мбод Энергопотребление4 Вт Температурный диапазон-55 до +30 град. Масса350 г Входное напряжение9-27 В

16 Солнечный датчик Состав Солнечного датчика : 1.Оптический модуль 2.Модуль преобразования видеосигнала 3.Процессорный модуль 4.ВИП

17 Основные характеристики солнечного датчика (СД ). Описание основных характеристик звездного датчика (СД ). Наименование параметраЗначение Точность определения ориентации: В грубом режиме (при угловой скорости до 2,0 град\сек) В точном режиме (при угловой скорости до 0,1 град\сек) 20 угл. мин. 10 угл. Мин Экспозиция 0,03 сек Частота обновления информации5 Гц Поле зрения190х60 град Выходные данныеУглы ориентации Матрица512х512 pix Интерфейс связиRS422 или 485 Скорость передачи информации4.8 кбод – 115кбод Энергопотребление3,5 Вт Температурный диапазон-50 до +30 град. Масса320 г Входное напряжение9-27 В

18 Датчик угловых скоростей Состав датчика угловых скоростей: 1.Чувствительный элемент 2.Модуль преобразования видеосигнала 3.Процессорный модуль 4.ВИП

19 Трехосный датчик угловых скоростей Наименование параметра Значение Сдвиг нуля: Воспроизводимость Стабильность (при постоянной температуре) град\час град\час Масштабный коэффициент 50 мВ\град\сек, или 15 мкВ\град\час Стабильность0,2% Изменение во всем диапазоне температур

20 Навигационный приемник GPS Состав GPS: 1.Блок малошумящего усилителя 2.Блок обработки: - модуль преобразования сигнала - модуль обработки - ВИП

21 Основные параметры приемник навигации Наименование параметра Значение - Число каналов слежения за спутниками для обеспечения быстрого захвата спутниковых сигналов и быстрого восстановления слежения 12 Протокл обмена данными NMEA Н аличие временного импульса с периодом следования 1 сек (1PPS), точность привязки фронта импульса к UTCс 1PPS Протокол обмена с внешними устройствамиRS-422 Скорость обмена информацией с внешними устройствами 19,2 кбод Энергопотребление4 Вт Температурный диапазон-55 до +50 град. Масса0,37 кг Входное напряжение9-27 В

22 Аккумуляторная батарея Состав АБ: Литиево-ионная батарея Никель-гидридная батарея Модуль контроля заряда батарей

23 Основные характеристики АБ Наименование параметра Значение Емкость АБ 4,3 А*Ч Напряжение питания9 –12,5 В Температурный диапазон град. Масса1,2 кг

24 Панорамная камера Состав ПАНКАМ: 1.Оптический модуль 2.Модуль преобразования сигнала 3.Модуль двигателя 4.Модуль обработки 5.ВИП

25 Наименование параметра Значение Разрешение 6 угл. мин. Диапазон изменения экспозиции 50мкс-500 мс Динамический диапазон матрицы1000 Глубина резкостиот 0,5 до бесконеч. Частота обновления информации1 Гц Поле зрения60х360 град Количество цветов (RGB)1- 3 Матрица1280х1024 pix Интерфейс связиRS422 или 485 Скорость передачи информации4.8 кбод – 2Мбод Энергопотребление5 Вт Температурный диапазон-55 до +50 град. Масса550 г Входное напряжение9-27 В Основные характеристики ПАНКАМ

26 Трехосный датчик микроускорений Состав ДМУ: 1.Чувствительный детектор 1.Модуль преобразования сигнала 2.Модуль обработки 3.ВИП

27 Наименование параметра Значение Диапазон измерений +\- 10м\с2 Чувствительность 0, м\с2 Частота выдачи информации Не менее 10.0 Гц Интерфейс связиRS422 или 485 Скорость передачи информации4.8 кбод –115 Мбод Энергопотребление0,25 Вт Температурный диапазон-55 до +50 град. Масса0.95 кг Входное напряжение9-27 В Описание основных характеристик Лидара.

28 Лидар Состав Лидара : 1.Оптический модуль 2.Модуль преобразования сигнала 3.Модуль обработки 4.ВИП

29 Наименование параметра Значение Диапазон измерений Iдиапазон II диапазон От 1000м до 12000м От 5 м до 1000 м Разрешение по дальности Iдиапазон II диапазон не хуже +/- 5 м не хуже +\- 0,5 м Частота выдачи информации Iдиапазон II диапазон Не менее 1.0 Гц Не менее 0.1 Гц Интерфейс связиRS422 или 485 Скорость передачи информации4.8 кбод – 2Мбод Энергопотребление8 Вт Температурный диапазон-55 до +50 град. Масса1.0 кг Входное напряжение9-27 В Описание основных характеристик Лидара.

30 Радиосистема S-диапазона Состав АРС-S: 1.Антенна 2.Модуль приемника 3.Модуль передатчика 4.ВИП

31 Основные характеристики АРС-S Наименование параметра Значение Диапазон Передатчика Приемник 2250МГц 2071 МГц Модуляция Передатчика Приемник ФМ Энергопотребление Передатчика Приемник 12Вт 1,2 Вт Шумовая темперетара приемника100К Скорость передачи информации 256 кбит\сек Выходная мощностьпередатчика2 Вт Температурный диапазон-55 до +50 град. Масса дублированной радиосистемы1,0 кг Входное напряжение9-27 В

32 Радиосистема L-диапазона Состав АРС-L: 1.Антенна 2.Модуль приемника 3.Модуль передатчика 4.ВИП

33 Наименование параметра Значение Диапазон Передатчика Приемник 401,5МГц 437,1 МГц Модуляция Передатчика Приемник КИМ-ФМ ЧМ (девиация +\-4,3 кГц) Энергопотребление Передатчика Приемник 12Вт 1,5 Вт Шумовая темперетара приемника300К Скорость передачи информации 256 кбит\сек Выходная мощностьпередатчика2 Вт Температурный диапазон-55 до +50 град. Масса1,0 кг Входное напряжение9-27 В Основные характеристики АРС-S