Планирование наземной экспериментальной отработки и летных испытаний

План лекции
Цели, задачи и общие методы экспериментальной отработки космических аппаратов.
Принципы наземной отработки.
Проверка логики функционирования.
Испытания бортового и наземного программного обеспечения.
Механические испытания.
Тепловые испытания.
Климатические испытания.
Испытания на радиационную стойкость.
Испытания на электромагнитную совместимость.
Планирование наземной экспериментальной отработки и летных испытаний

План лекции
Радиотехнические испытания.
Электрические испытания.
Химические испытания.
Биологические испытания.
Летная отработка и предстартовые испытания.
Планирование наземной экспериментальной отработки и летных испытаний

Введение
Целью проведения экспериментальной отработки является получение образца КА, полностью удовлетворяющего требованиям ТЗ.
Отработка включает в себя:
Наземные испытания систем КА или КА в целом, в условиях, максимально приближенных к эксплуатационным.
Экспериментальное определение летно-технических характеристик КА в ходе летных испытаний.
Доводку конструкции КА, его бортового ПО, наземного оборудования на основе результатов наземных и летных испытаний.
Планирование наземной экспериментальной отработки и летных испытаний

Введение
В ходе отработки решаются следующие задачи:
Проверка правильности заложенных конструктивных и схемных решений и скорректировать их в случае необходимости.
Проверка и отработка функционирования систем КА в эксплуатационных условиях, а также отработка их в общей конструктивной схеме.
Исследование и устранение причин потенциальных неисправностей, которые могут возникнуть в ходе наземной и летной эксплуатации КА.
Отработка наземной технологии КА.
Отработка эксплуатационной документации на КА.
Планирование наземной экспериментальной отработки и летных испытаний

Виды испытаний
Испытания по уровню отрабатываемой системы можно разделить:
Лабораторные испытания отдельных элементов, материалов, покрытий, новых технических решений. Лабораторные испытания можно разделить на поисковые, проводимые с целью определения параметров и/или возможности применения новых схем, решений и конструкций, и предварительные испытания отдельных элементов с целью подтверждения их характеристик.
Автономные испытания отдельных агрегатов космического аппарата.
Планирование наземной экспериментальной отработки и летных испытаний

Виды испытаний
Комплексные испытания систем космического аппарата. Аналогичны агрегатным испытаниям, но проводятся для систем в сборе.
Комплексные испытания всего космического аппарата.
По решаемым задачам можно выделить:
испытания, в ходе которых определяются принципиальная работоспособность систем КА в условиях космического полета
испытания, в ходе которых проверяется эффективность работы систем КА.
Планирование наземной экспериментальной отработки и летных испытаний

Принципы наземной отработки
При планировании экспериментальной отработки следует руководствоваться следующими рекомендациями:
Отработка новых конструкций должна проводиться на стендах, имитирующих условия полета или на уже отработанных КА.
Следует максимально использовать уже отработанные узлы, агрегаты и системы.
По возможности, следует проводить параллельную отработку всех систем КА.
На этапе летных испытаний следует проводить проверку правильности выбора конструктивных решений.
Планирование наземной экспериментальной отработки и летных испытаний

Проверка логики функционирования
Проверка логики функционирования - вид испытаний, при котором отрабатывается алгоритм работы всех систем КА, реализованный как в виде бортового программного обеспечения и в виде исполнительных устройств.
Данный вид испытаний проводится перед началом всех последующих видов.
Примеры: срабатывание пиросредств при подаче тока заданной величины, раскрытие панелей солнечных батарей, поворот управляющих двигателей в нужную сторону и прочее.
Планирование наземной экспериментальной отработки и летных испытаний

Испытания бортового и наземного программного обеспечения
Программное обеспечение космического комплекса делится как минимум на два вида: наземное, предназначенное для обеспечения полета КА, и бортовое, исполняющееся на аппаратных средствах КА во время полета.
В силу специфики работы ПО разных видов к нему предъявляются различные требования.
Испытания программного обеспечения проводятся в несколько этапов:
1. Автономная отработка программных блоков
Планирование наземной экспериментальной отработки и летных испытаний

Испытания бортового и наземного программного обеспечения
Испытания программного обеспечения проводятся в несколько этапов:
Автономная отработка программных модулей на нештатном аппаратном обеспечении, эмуляторе.
Отработка программных модулей на эмуляторе с организацией обмена данными с математической моделью систем КА.
Отработка программных модулей на эмуляторе с организацией обмена данными со стендовым образцом элемента системы или системой КА.
Планирование наземной экспериментальной отработки и летных испытаний

Испытания бортового и наземного программного обеспечения
Отработка программных модулей на штатном аппаратном обеспечении с организацией обмена данными с математической моделью систем КА.
Отработка программных модулей на штатном аппаратном обеспечении с организацией обмена данными со стендовым образцом элемента системы или системой КА.
Отработка всего комплекса программных модулей на эмуляторе с организацией обмена данными с математической моделью систем КА.
Планирование наземной экспериментальной отработки и летных испытаний

Испытания бортового и наземного программного обеспечения
Отработка всего комплекса программных модулей на эмуляторе с организацией обмена данными со стендовым образцом элемента системы или системой КА.
Отработка всего комплекса программных модулей на штатном аппаратном обеспечении с организацией обмена данными со стендовым образцом элемента системы или системой КА.
Планирование наземной экспериментальной отработки и летных испытаний

Испытания бортового и наземного программного обеспечения
Отработка всего комплекса программных модулей на штатном аппаратном обеспечении с организацией обмена данными со стендовым или летным экземпляром КА.
Отработка всего комплекса программных модулей на штатном аппаратном обеспечении с организацией обмена данными со стендовым или летным экземпляром КА в процессе наземной комплексной отработки.
Летная отработка, при необходимости изменения комплекса ПО в полете.
Планирование наземной экспериментальной отработки и летных испытаний

Механические испытания
В процессе наземной подготовки, выведения и полета элементы конструкции КА подвергаются различим механическим воздействиям:
статическим от силы веса при земной силе тяжести или при повышенной,
вибрационным в процессе наземной транспортировки и полета на РН,
акустическим в процессе старта РН,
ударным в процессе разделения ступеней, отделения от РН и в процессе посадки,
газодинамическим в процессе полета в атмосфере.
Планирование наземной экспериментальной отработки и летных испытаний

Механические испытания
Соответственно, испытания КА в процессе отработки можно разделить на:
статические, в том числе с инерционным и с механическим нагружением,
вибрационные,
акустические,
ударные.
Планирование наземной экспериментальной отработки и летных испытаний

Тепловые испытания
Космический аппарат в процессе своей наземной подготовки и полета подвергается термическому воздействию, кроме того, в процессе полета аппарат подвергается воздействию разнообразных факторов космического пространства.
Соответственно, для отработки систем КА требуется проверить их функционирование в условиях максимально приближенным к реальным. Помимо этого требуется убедиться в работоспособности и эффективности работы системы обеспечения теплового режима.
Эти задачи решаются в ходе различных тепловых испытаний.
Планирование наземной экспериментальной отработки и летных испытаний

Тепловые испытания
Тепловые испытания подразделяются на
Испытания на определение работоспособности СОТР (испытания на тепловой баланс). В ходе проведения данного вида испытаний решаются задачи по демонстрации работы как всей СОТР в сборе, так и отдельных ее элементов, по уточнению математической модели СОТР и проверки ее на предельных режимах. В состав этого вида испытаний входят испытания на предельные возможности СОТР, определение тепловых утечек КА, тепловое сопротивление изоляции, определение эффективной теплоемкости КА и его элементов.
Планирование наземной экспериментальной отработки и летных испытаний

Тепловые испытания
Испытания на определение работоспособности бортовой аппаратуры и элементов конструкции КА. Данный вид испытаний проводится для определения возможности работы КА в условиях воздействия факторов космического полета.
Огневые испытания. Проводятся для определения работоспособности двигательной установки и окружающих ее элементов конструкции КА в реальных условиях работы.
Криоиспытания. Проводятся для определения работоспособности элементов конструкции КА, соприкасающихся с криогенными жидкостями.
Планирование наземной экспериментальной отработки и летных испытаний

Климатические испытания
Климатические испытания имитируют воздействие пониженной или повышенной температуры, влажности, соляного тумана, осадков, повышенного или пониженного давления на космический аппарат в ходе его наземной подготовки.
Испытания проводятся в климатических камерах, позволяющих в той или иной мере имитировать полный набор воздействий.
Планирование наземной экспериментальной отработки и летных испытаний

Испытания на радиационную стойкость
В процессе космического полета бортовая аппаратура КА и элементы его конструкции облучаются гамма-квантами и заряженными частицами, что приводит к программным ошибкам и деградации характеристик электронных компонент. Следует отметить, что радиация оказывает существенное влияние на при полетах за пределами внутреннего радиационного пояса, на высотах более 1000 км.
Соответственно, проводятся испытания работоспособности бортового программного и аппаратного обеспечения при работе у условиях повышенной радиации.
Планирование наземной экспериментальной отработки и летных испытаний

Испытания на радиационную стойкость
При этом исследуется как и программные ошибки, возникающие при воздействии заряженных частиц на элементы электроники, так и деградация материалов компонентной базы.
Кроме того, испытаниям на радиационную стойкость подвергаются полупроводниковые фотоэлектрические преобразователи солнечных батарей, неметаллические материалы, пленочные материалы ЭВТИ и терморегулирующие покрытия.
Планирование наземной экспериментальной отработки и летных испытаний

Испытания на электромагнитную совместимость
Работа электронной аппаратуры на борту КА приводит к паразитному излучению радиоволн различных диапазонов и интенсивностей. При проведении испытаний на электромагнитную совместимость экспериментально подтверждается отсутствие взаимовлияние радиоэлектронной аппаратуры КА при совместной работе.
Планирование наземной экспериментальной отработки и летных испытаний

Радиотехнические испытания
В состав КА чаще всего входят радиотехнические средства приема и передачи информации с борта КА на наземный пункт управления и обратно.
Радиотехнические испытания проводятся:
с целью проверки работоспособности бортового радиокомплекса,
определения его работоспособности совместно с наземными средствами,
определение диаграмм направленности бортовых антенн, прочими целями.
Планирование наземной экспериментальной отработки и летных испытаний

Электрические испытания
В процессе орбитального полета поверхности космического аппарата накапливают электрический заряд. В случае отсутствия электрической связи между элементами конструкции КА возможно образование электрической дуги с выходом из строя бортовой радиоэлектронной аппаратуры. С этой целью:
измеряется электрическое сопротивление между элементами конструкции КА,
элементы бортовой аппаратуры проверяются на воздействие электрического разряда.
Кроме того, отдельно проверяется величина
электрического сопротивления изоляции в кабельных сборках.
Планирование наземной экспериментальной отработки и летных испытаний

Химические испытания
В случае нахождения КА или элементов его конструкции в химически активной среде проводятся испытания на воздействие действие этой среды на КА.
Испытания могут проводится ускоренно, при повышенной концентрации химических веществ или при повышенной температуре.
Планирование наземной экспериментальной отработки и летных испытаний

Биологические испытания
В ходе наземной подготовки и во время полета обитаемых КА элементы конструкции бортовая аппаратуры могут подвергаться воздействию различных микро- и макроскопических биологических объектов, что может приводить к загрязнениям и засорениям, разрушению, коррозии.
Для проведения биологических испытаний испытываемый объект помещают в среду с биологическими объектами или наносят биологические объекты во внутренние объемы КА и наблюдают процесс биологического воздействия.
КА считается выдержавшим биологические испытания в том случае, когда его работоспособность после биологического воздействия не изменилась.
Планирование наземной экспериментальной отработки и летных испытаний

Летные испытания
Целью проведения летных испытаний является оценка работоспособности общей конструктивной схемы КА и его систем в условиях реального полета, подтверждения возможности выполнения задачи полета и обеспечения летно-технических характеристик согласно требованиям ТЗ.
Летные испытания можно разделить на следующие виды:
испытания на технической позиции космодрома,
летно-конструкторские испытания на орбите.
Планирование наземной экспериментальной отработки и летных испытаний

Список литературы
«Экспериментальная отработка космических летательных аппаратов» под редакцией Н.В. Холодкова, М. Издательство МАИ, 1994, 411 с.
Андрейчук О.Б., Малахов Н.Н. Тепловые испытания космических аппаратов. М.: Машиностроение. 1982 г. 143 с.
ГОСТ 16504-81 «Испытания и контроль качества продукции»
Планирование наземной экспериментальной отработки и летных испытаний