Поленов Д.Ю., к.т.н. Кравченко А.И.

ОАО «НПО Измерительной техники», Россия

Особенности телеизмерений в ракетной технике

При запуске федеральных российских, коммерческих иностранных космических аппаратов весом до 6000 кг с поверхности Земли на опорную орбиту, а затем в космическое пространство в Российской Федерации используется ракета-носитель (РН) «Протон-М», состоящая из трех ступеней. Для выведения полезной нагрузки на высокие, переходные к геостационарным, геостационарные и отлётные орбиты применяется дополнительная ступень, называемая разгонным блоком (РБ). Таким образом, весь путь доставки полезной нагрузки от старта ракеты-носителя, разделения его ступеней, включения разгонного блока можно разделить на две составляющих: ракетный и космический участки полета. Это связано с многолетними исследованиями сопутствующих полету РН, РБ спутников их особенностей, таких как скорость, дальность, разделение ступеней, факелы работающих двигателей и т.п.

Для получения информации о состоянии запускаемого изделия, контроля его поведения и корректировки процесса полета применяются телеметрические системы, передающие данные по радиоканалу. Как и участки полета, радиоканалы разделяются на космический и ракетный.

Основными характеристиками, влияющими на уровень сигнала передаваемого по ракетному радиоканалу (РРК), являются:

¾ всенаправленность бортовых антенн, коэффициент усиления которых лежит в диапазоне от 0,1 до 0,5;

¾ повышенный уровень шума в момент разделения ступеней РН;

¾ изменение конфигурации оборудования РН при разделении ступеней;

¾ интерференционные искажения из-за многолучевого распространения радиоволн (особенно в районе стартовой площадки);

¾ факелы работающих двигателей ракеты, особенно в моменты разделения ступеней.

Вследствие действия данных неблагоприятных факторов на принимаемой стороне наблюдается снижение уровня получаемого сигнала до 40-50 дБ, изменение формы видеосигнала ‑ аналоговый сигнал претерпевает изменения, а телеметрические кадры, содержащие цифровой код, трансформируются.

Для исследования особенностей передачи телеизмерений на основе ракеты-носителя «Протон-М» целесообразно перейти к более подробному рассмотрению телеметрической системы (ТС), применяемой на данной РН, а именно ‑ бортовому устройству «Скут-40» (БУ «Скут-40»).

Телеметрическая информация с БУ «Скут-40» передается по двум синхронным потокам, разделенным во времени на 8с. Информативность ТС – 640 тыс. измерений в секунду. В телеметрическом кадре 40 каналов, из них 36 являются информационными, а четыре ‑ служебными. Время, отведенное для передачи одного канала одного из синхронизированных потоков, составляет 3,125 мкс. В БУ «Скут-40» помимо коммутаторов, осуществляющих сбор измерений с датчиков РН, входит передатчик, который излучает радиосигнал одним потоком со скважностью излучения, равной 2. Применяется модуляция несущей частоты передатчика, где АИМ – амплитудно-импульсная модуляция, ‑ кодово-импульсная модуляция двух- либо четырехпозиционного кода. Задействование по каналам системы модуляции АИМ и КИМ возможно в любой пропорции. Исходя из этого, следует, что БУ «Скут-40» является аналого-цифровой телеметрической системой.

Для приема сигнала БУ «Скут-40» наземными измерительными пунктами используются различные приемно-регистрирующие станции. Самыми популярными среди них являются ПРА-МК и МПРС. В качестве примера возьмем ПРА -МК, обеспечивающую прием, преобразование, регистрацию и выдачу на обработку измерительную информацию. В приемном тракте ПРА-МК для получения достоверной информации реализованы различные системы, среди которых наибольшее внимание стоит уделить следующим:

¾ система автоматической регулировки усиления приемника (АРУ), которая работает по сигналу тактовой частоты ТС и не реагирует на сигналы внешних помех, тем самым повышая помехоустойчивость системы в целом;

¾ система автоматической подстройки частоты приемника (АПЧ), где в качестве опорной частоты работы системы АПЧ используется сигнал несущей частоты, передаваемый по маркерному импульсу одного из служебных каналов ТС. Этот сигнал выделяется с помощью системы синхронизации приемного тракта, что дает возможность повысить чувствительность приемного тракта ТС;

¾ система автоматической регулировки измерительной шкалы приемного тракта при воздействии на него помех радиоканала (АРШУ). Данная система за свою основу принимает также один из служебных каналов, который является контрольным сигналом ТС. Она выделяет из пораженного помехой контрольного сигнала ошибку шкалы ΔШ и ошибку уровня ΔА и осуществляет регулировку сигнала на основе полученных измерений, а также обеспечивает эффективную работу приемного тракта в условиях многолучевого распространения радиосигналов и стабилизирует измерительный код системы в целом.

Исходя из вышесказанного, следует, что весь тракт телеизмерений в ракетной технике состоит из двух основных звеньев: БУ, находящегося на борту РН, и приемно-регистрирующей аппаратуры, находящейся на Земле.

Таким образом, организация передачи телеизмерений в ракетной технике является непростой. При рассмотрении особенностей выполнения данной задачи задействуются разные области технических наук. Сложность РН приводит к необходимости контроля большого числа параметров, характеризующих состояние и режимы работы, как отдельных агрегатов, так и всего объекта в целом. На сегодняшний день основной целью разработчиков современных средств телеметрии является создание высокого уровня автоматизации процессов получения, передачи и обработки измерительной информации, повышение ее достоверности, увеличение объема передачи в единицу времени, а также выбор модуляций несущей частоты, анализ передачи информации в аналоговом, цифровом или совмещенном виде и др.