Автоматизированные системы планирования
Успешное осуществление полётов экипажей космических аппаратов обусловлено тщательным планированием, всесторонней подготовкой и сопровождением полёта. Организация выполнения космического полета, структурная схема которой приведена на рисунке, осуществляется на основе глубоко проработанного плана деятельности экипажа и функционирования наземного и бортового комплексов. Процесс разработки планов полета имеет неоднократные итерации и осуществляется с помощью автоматизированной системы планирования. Во время полёта проводится анализ реализации плана полёта, что позволяет оперативно реагировать на отклонения от запланированного и совершенствовать процесс планирования, учитывая опыт предыдущих планов.
В ООО «ЦТиПП» разработана и внедрена с 2010 года в центре управления полётами (ЦУП) первая очередь автоматизированной системы планирования (АСП) подготовки и сопровождения полётов экипажей российского сегмента (РС) международной космической станции (МКС). В последующем продолжилась работа над расширением функциональных возможностей системы с решением всё более широкого спектра задач, стоящих при проведении полёта. АСП охватывает исполнительный уровень планирования.
Исполнительный уровень планирования включает в себя номинальный план полёта (НПП) на одну экспедицию (около 6 месяцев), общий план сопровождения (ОПС) – набор недельных планов, суточный план полёта (ПП), детальный план полёта (ДПП), бортовой детальный план полёта (БДПП).
При создании автоматизированной системы планирования полета Российского сегмента МКС (АСП РС МКС) учитывались следующие особенности формирования планов космического полета:
большое количество планируемых полетных операций (за последние 10 лет их количество увеличилось в несколько раз и составляет в настоящее время несколько десятков тысяч операций);
значительное количество направлений планируемых работ (работы, выполняемые членами экипажа, операции, выполняемые без участия экипажа, обслуживание бортовой аппаратуры, выполнение космических экспериментов, медицинских исследований и др.);
большое количество факторов, которые влияют на эффективность формируемого плана; часть этих факторов в полном объеме невозможно предусмотреть заранее, что исключает возможность формализации и построения программных процедур автоматического формирования плана полета;
необходимость учета множества ограничений, связанных с обеспечением заданной последовательности выполнения отдельных процедур, несовместимости (невозможности одновременного выполнений) некоторых операций, учетом баллистических параметров полета, зон радиовидимости наземных комплексов управления и др.;
необходимость учета разноплановых требований специалистов главной оперативной группы управления полетом, которые осуществляют отработку методики и подготовку реализации задач полета по соответствующим направлениям.
Разработанная система представляет собой программно-аппаратный комплекс, обеспечивающий автоматизацию оперативного формирования и корректировки всех видов предусмотренных нормативными документами планов исполнительного уровня для осуществления программы полета МКС. Система включает в себя модули, обеспечивающие формирование плана полета МКС (включая выполнение работ экипажем и выполнение автоматических операций), плана полета транспортного корабля и планов задействования средств наземного комплекса управления.
Для формирования всех видов планов используется единая база данных АСП, реализованная средствами системы управления базами данных (СУБД) Oracle. База данных АСП включает в себя более 350 таблиц и содержит две относительно самостоятельные компоненты: базу данных полетных операций и базу данных планов.
В базе данных хранятся также сведения о документации с описанием соответствующих полетных операций, о необходимости выполнения операции в зоне видимости наземных измерительных пунктов, о требуемых ресурсах, о работах, которые несовместимы с данной операцией, о временных связях и других условиях планирования.
С учетом рекомендаций пользователей и необходимости разработки новых средств, которые позволяют расширять функциональные возможности системы, структура базы данных периодически корректируется и обновляется.
Модули планирования АСП, обеспечивающие разработку планов различного уровня иерархии, разработаны на базе единого механизма, поддерживающего выполнение всех основных действий по редактированию планов, в том числе:
размещение и удаление полетных операций (ПО) в плане;
редактирование размещенных в плане операций;
перемещение операций внутри плана на другое время выполнения;
копирование операций внутри плана и из одного плана в другой план;
работа с блоками ПО, которые объединяются временными связями (комплексные операции и пользовательские группы); эта функция реализует выполнение операций группирования и разгруппирования, а также сдвига по оси времени группы в целом при изменении времени начала одного из ее членов;
отмена и повторение выполняемых пользователем действий.
Для отображения планов при их редактировании и просмотре предусмотрены две формы представления – табличная и графическая. Для планов уровня НПП, ОПС и ПП основной формой является табличная, для ДПП, ДПП ТК/ТКГ и БДПП - графическая. При работе в каждой из них в любой момент доступен переход к альтернативной форме.
Процесс планирования предполагает последовательное и сквозное создание планов, начиная от наиболее общего уровня иерархии (НПП на весь срок экспедиции), и заканчивая наиболее детализованными (ДПП и БДПП на конкретный день). Планы каждого следующего уровня иерархии являются потомками планов предыдущего уровня, и при их создании, как правило, заполняются данными о полетных операциях и прочих составляющих плана (динамические режимы, режимы измерений и связи, дополнительная текстовая информация и примечания и пр.) из своего родителя.
Следует отметить, что построение АСП РС МКС как открытой модульной системы позволило уже в процессе ее создания и ввода в эксплуатацию производить постоянную модернизацию программных средств, обеспечивая непрерывное развитие системы, расширение ее функциональных возможностей на основе создания новых модулей, улучшение эксплуатационных характеристик, учет многочисленных рекомендаций пользователей, которые осуществляют разработку планов полета МКС. Высокий уровень автоматизации процесса планирования позволил повысить сервис в работе планировщиков, исключить необходимость выполнения множества рутинных операций, переноса параметров работ из одного плана в другой и исключить, таким образом, допускаемые при этом ошибки.
Создание АСП РС МКС дало возможность повышать уровень автоматизации и других фаз процесса организации управления космическими полетами.
