Разработка концепции, обобщение опыта создания и практики управления космическими аппаратами связи нового поколения: на примере спутниковой системы связи «Ямал»

Актуальность темы

Изменение государственного строя России, произошедшее вслед за распадом СССР, определение рыночных отношений как основы экономики существенным образом отразились на смене приоритетов государственных систем, обеспечивающих нормальное функционирование хозяйственных механизмов страны. В этих условиях особое значение приобретали средства телекоммуникаций, обеспечивающие связь как между государственными структурами, необходимую для функционирования субъектов федерации, так и для работы хозяйственных механизмов страны. Существовавшие в СССР средства телекоммуникаций были далеки от совершенства, а события, произошедшие в связи с изменением государственного строя, значительно усугубили положение в этой отрасли. Ранее введенные в эксплуатацию системы связи морально и технически устаревали, происходил их естественный износ, а новые системы в 90-х не разрабатывались и не вводились.

Решение данной проблемы, приобретавшей общенациональный характер, требовало неотлагательных мер, задержки в ее реализации грозило потерей Россией ее информационного пространства. Положение осложнялось тем обстоятельством, что государство резко сокращало финансирование космической отрасли и уже не предполагало вкладывать большие ресурсы в новые разработки, а для привлечения инвестиций не было оснований, т.к. спутники, которые могли изготавливать российские предприятия не выдерживали конкуренции с зарубежными. Задача разработки и создания современной по техническому уровню спутниковой системы связи и ее основного элемента — космического аппарата связи нового поколения, не уступающего по своим техническим параметрам современным мировым аналогам — приобрела в 90-х особую актуальность.

Представляемая диссертационная работа посвящена разработке концепции, поиску и реализации путей и методов решения задачи создания спутника связи, его систем управления, обеспечивающих надежное функционирование этого аппарата в течении длительного ресурса времени. Особенностью этой работы является то, что она была выполнена в очень сложное и трудное время — с одной стороны экономического кризиса, с другой — время становления новых рыночных отношений в развитии экономики страны. Эти подходы стали формироваться при создании технологической сети ведомственной связи для промышленных предприятий Газпрома и затем при разработке спутника связи нового поколения «Ямал-100» в последнем десятилетии прошлого века в трудных экономических условиях после распада Советского Союза.

Видимо не случайно именно спутники связи стали тем местом космической деятельности, где впервые в отечественной практике реализовались эти подходы. Причин здесь видится две: первая — это жесткая конкуренция на открытом рынке предоставления услуг по космической связи. Отсталые технические решения спутников связи, оставшихся в наследство от советского периода монопольной схемы развития этого направления, чуть было не привели к потере для страны этой области космической промышленности вообще. Только создание «де-факто» спутника связи «Ямал-100», не уступающего по своим потребительским качествам западным спутникам, оставило возможность развития отечественного сектора этой космической промышленности. Вторая причинаэто реализация разработки спутника и всей сопутствующей инфраструктуры на принципах коммерческого, а не государственного финансирования. Именно эта особенность характеризует появление промышленного подхода в рассматриваемой области деятельности, и именно таким образом была реализована разработка комплекса связи «Ямал», включая и сам спутник связи.

В диссертации представлены работы автора периода 1992;2002 годов, связанные с разработкой и созданием спутниковой системы связи для РАО «Газпром», выполненной вновь созданной организацией ОАО «Газком». В этом же цикле работ была выполнена разработка и изготовление спутника связи нового поколения «Ямал-100», запущенного на орбиту в сентябре 1999 года. На основе созданных заделов впоследствии был выполнен ряд работ и внедрение новых подходов в решении задачи информатизации страны. Разработка спутника была осуществлена по заказу ОАО «Газком» и выполнена РКК «Энергия» совместно с ОАО «Газком» в период 1995 — 1999 годов. Автор диссертационной работы был генеральным директором ОАО «Газком» и одновременно в период разработки спутника в РКК «Энергии» -директором программы спутниковых систем связи и заместителем генерального конструктора РКК «Энергия», н осуществлял руководство и принимал непосредственное участие в разработке и создании этого спутника. Практический опыт разработки спутниковой телекоммуникационной системы и спутника нового поколения позволил автору сделать попытку сформулировать концепцию создания промышленных объектов в космосе, базирующуюся на современных цифровых технологиях и отвечающую задачам развития космической отрасли в современных условиях.

Как показал последующий опыт, именно спутниковые телекоммуникации оказались наиболее эффективным средством предоставления связных услуг как по качеству предоставляемых услуг, так по скорости их внедрения. Безусловно, основными факторами, влияющими на их развитие является их способность быть конкурентными с другими видами связи. В середине 90-х, когда стоял выбор какие средства связи следует выбрать предприятиям газовой отрасли для обеспечения работоспособности своей промышленной структуры, это положение не было столь очевидным.

В диссертации приведены результаты работ по формированию программы развития спутниковой технологической системы связи для предприятий газовой отрасли и затем по использованию этой системы для задач информатизации страны. В ходе выполнения этой программы были реализованы разработки всех компонент спутника связи нового поколения и его систем управления как бортовых, так и наземных, обеспечивающих высокие характеристики по точности ориентации и по точности удержания спутника в его точке стояния на геостационарной орбите. При решении этой задачи необходимо было найти пути и методы поэтапного развития системы спутниковой связи, начиная с наземного сегмента при наличии ряда условий и ограничений:

— быстрой и эффективной практической реализации поставленных задач по предоставлению услуг связи, как главное условие коммерческой поддержки и обеспечения разработки;

— разработки и введения в эксплуатацию спутника связи нового поколения, соответствующего по своим пользовательским качествам современным спутникам связи;

— разработке цифровых систем управления спутником, как единого комплекса бортовых систем и наземного комплекса управления, т. е. реализация всего комплекса спутниковой связи как системы нового поколения.

Цель диссертационного исследования состоит в решении поставленной сложной научно-технической задачи получения в конечном итоге высокого (по современным меркам) качества спутниковой связи на основе концепции применения современных, в том числе цифровых, технологий, интеграции бортового и наземного контуров управления на основе применения цифровых технологий при разработке, отработке, испытаний и эксплуатации системы.

Научная новизна работы и методы исследования. Создание современного по своим техническим параметрам спутника связи и наземных компонент системы было получено как итог анализа и использования последних технических достижений как в отечественных, так и в зарубежных спутниках и системах связи. Проектные разработки, системный анализ позволили сформулировать технический облик создаваемой системы в целом, этапность ее создания. Детальное исследование осуществлялось при проектировании ключевых компонентов спутника связи: системы ориентации и управления движением, построения интегрированного бортового комплекса управления и наземных средств поддержки разработки и функционирования СС. Ряд новых решений, основанных на внедрении цифровых технологий, позволил получить в итоге решение поставленной задачи.

Практическая ценность и внедрение. Практический опыт разработки спутниковой телекоммуникационной системы и спутника нового поколения, выполненных для системы технологической связи ОАО «Газпром», позволил автору сформулировать концепцию создания промышленных объектов в космосе, базирующуюся на современных цифровых технологиях и отвечающую задачам развития космической отрасли в современных условиях. Как показал последующий опыт, именно спутниковые телекоммуникации оказались наиболее эффективным средством предоставления связных услуг как по качеству, так по скорости их внедрения. Безусловно, основными факторами, оказавшими влияние на их развитие, является их способность быть конкурентными с другими видами связи. В середине 90-х, когда стоял выбор какие средства связи следует выбрать предприятиям газовой отрасли для обеспечения работоспособности своей промышленной структуры, это положение не было столь очевидным.

Апробация результатов работы и новых технических проектных и научных подходов автора была осуществлена на ряде научных конференций и международных симпозиумах по интегрированным навигационным системам (указаны в списке трудов).

Публикации. Основные результаты диссертационного исследования опубликованы в работах [1−14], две из которых — в изданиях перечня ВАК РФ.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения и приложений. Работа изложена на 158 страницах, 57 рисунках, 25 таблицах, списка литературы из 24 наименований.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

Выполненная работа подводит итоги десятилетней деятельности автора в период 1992 — 2002 годов, результатом которой явилось создание спутниковой системы связи для РАО «Газпром». Эта разработка была инициирована вновь образованной организацией ОАО «Газком» при привлечении ряда смежных организаций (см. ссылки в тексте) для создания отдельных фрагментов, оборудования и приборов спутника связи нового поколения «Ямал-100», запущенного на орбиту в сентябре 1999 года. Разработка спутника была осуществлена по заказу ОАО «Газком» и выполнена РКК «Энергия».

Работы автора по формированию программы создания и развития спутниковой системы связи внесли определяющий вклад в достижение основных результатов, нашедших отражение в данной диссертации, заключающихся в следующем:

— проведен анализ перспективности космических телекоммуникаций для России, ее экономического развития, анализ состояния отраслисформулированы основные задачи, решение которых способствовало реализации современных технических решений для наземного и космического сегментов спутниковой системы связи;

— разработаны и определены пути и этапы развития спутниковых телекоммуникаций, удовлетворяющие условиям быстрой экономической окупаемости;

— реализована программа создания технологической связи для предприятий газовой отрасли «Ямал-0»;

— выполнена разработка, изготовление и ввод в эксплуатацию спутника связи нового поколения «Ямал-100»;

— осуществлена алгоритмизация и выполнен синтез высокоточной перспективной системы ориентации и управления движением, основанной на использовании новых технических решений, позволяющих достижение принципиально нового качества конечных характеристик;

— предложены основные направления решения задачи разработки интегрированного бортового контура управления на основе цифровых технологий и цифрового наземного контура управления для спутников связи «Ямал», как единого комплекса управления;

— рассмотрена концепция цифровизации компонент создаваемой космической системы как путь перехода к промышленному производству космических услуг.