Центр управления полётами – реалии и вызовы «нового времени»

Центр управления полётами (ЦУП) – это организация, где осуществляется управление пилотируемыми и автоматическими космическими аппаратами, а также российским сегментом Международной космической станции (МКС).

Работа Центра управления полётами имеет огромное значение. От неё зависит не только сохранность дорогостоящего оборудования, но и жизни космонавтов.

История ЦУП началась с программы «Союз-Аполлон». С тех пор ни одна ключевая космическая программа не обходилась без участия Центра. Здесь управляли полётами исследовательских аппаратов в дальний космос, координировали действия автоматических межпланетных станций, направляемых к Венере, Марсу и даже к комете Галлея.

Кроме того, ЦУП руководил ракетно-космической транспортной системой «Энергия – Буран» и запусками с плавучего космодрома «Морской старт».

Сегодня ЦУП продолжает свою работу, управляя полетом космических кораблей «Союз» и «Прогресс», а также координируя работу большинства спутников научного и гражданского назначения в рамках Программы космической деятельности России.

ЦУП и новые технологии

ЦУП занимается не только внедрением, но и разработкой новых технологий. ГЛОНАСС (отечественная система навигации) – это результат исследований и работ, проводимых научными специалистами центра управления полётами. Сейчас в ЦНИИмаш под работу с ГЛОНАСС выделен отдельный профильный научно-технический центр.

В настоящее время ЦУП – это сложная организационная и высокотехнологичная платформа, где сосредоточено управление пилотируемыми комплексами, автоматическими космическими аппаратами и наземными средствами связи и контроля.

ЦУП и МКС

Управление международной космической станцией – это кооперация пунктов управления в России, США, Европе, Японии и Канаде. Всё это звенья одной цепи, каждое из которых выполняет как общие задачи, так и имеет собственную зону ответственности. Россию в кооперативном управлении станцией представляет ЦУП ЦНИИмаш. Непосредственно полетом российского сегмента занимается Главная оперативная группа управления, в составе которой – представители всех организаций, имеющих отношение к проекту МКС. Это сам ЦНИИмаш, РКК «Энергия», Центр Хруничева, Центр подготовки космонавтов, Институт медико-биологических проблем РАН и другие предприятия, обеспечивающие эксплуатацию станции.

Участие в работе МКС – ключевой международный космический проект, задающий исключительно высокие стандарты в работе отечественного ЦУП.

Современные технологии в ЦУПе

Степень цифровизации в работе ЦУП – чрезвычайно высокая. К примеру, на Земле практически вся работа ведётся именно с «цифровым двойником» – полностью оцифрованной версией космического аппарата.

Голосовая и видеосвязь с космонавтами, а также вся поступающая из космоса телеметрия – полностью цифровые.

Цифровые каналы связи и блоки обработки данных защищены и отвечают как российским, так и международным требованиям к защите и хранению данных.

Будущее освоения космоса: тенденции и перспективы

Сегодня мировая космонавтика стоит перед сложным выбором и должна определить предпочтительный вектор развития. Есть два основных направления, на которые в будущем будут выделяться основные силы в освоении космического пространства.

Исследование дальнего космоса

Изучение дальнего космоса, полёты к Луне, Марсу, Венере и другим небесным телам – это сложная и исключительно дорогостоящая задача с преимущественно научным интересом.

Исследование дальнего космоса сопряжено с рядом трудностей, таких как невозможность быстрого возвращения космонавтов на Землю (в случае нештатных ситуаций в пилотируемых полётах), задержка и перерывы в связи (сложности с управлением и оперативным принятием решений).

У подобных миссий есть определённые ограничения и особо высокие требования как к бортовому контуру управления, так и к Центру управления.

Это смещает акцент от «ручного» управления и постоянного взаимодействия с ЦУП к разработке методик и рекомендаций по автономному управлению, грамотному использованию имеющихся ресурсов, а также развёрнутому и вариативному ситуативному прогнозу.

Для этого потребуется собрать, обработать и систематизировать внушительные массивы данных, оперативная работа с которыми потребует более широкого внедрения систем искусственного интеллекта.

Освоение околоземного космического пространства

Вторым основным вектором развития является дальнейшее освоение околоземного космического пространства и выход на новый уровень интенсивного развития и построения сложноорганизованных систем из сотен (в будущем, возможно, тысяч) автоматических летательных аппаратов.

Учитывая скорость засорения околоземного пространства космическим мусором и количественного увеличения искусственных небесных тел на орбите, перед Землёй встают новые вызовы в вопросах качественного управления «роем спутников».

Дальнейшее увеличение количества летательных аппаратов на околоземной орбите потребует общепланетарной распределённой организации движения. Управлять таким количеством аппаратов «старыми способами» не получится, что потребует создания инновационных, качественно иных систем управления на основе искусственного интеллекта.

Роль человека и искусственного интеллекта

Работу ЦУП сложно представить без автоматизированных программно-технических комплексов и искусственного интеллекта, но ключевая роль всегда отводится человеку. Именно люди ставят задачи и принимают ключевые решения.

Технологии искусственного интеллекта позволяют значительно ускорить работу специалистов и повысить коммерческую эффективность проектов. Поэтому ЦУП продолжает планомерное, но аккуратное внедрение технологий ИИ. Например, сейчас разрабатывается система работы с большими объёмами для эффективного управления космическими аппаратами и ресурсами, а также повышения безопасности полётов.

Будущее освоения космоса неотрывно связано с развитием наукоёмких технологий, которые позволят создать распределённую систему программно-технических средств, отвечающую запросам общества в части освоения космического пространства

Космический мусор

Сейчас на орбите нашей планеты находится более семи тысяч тонн космического мусора, а масса действующих космических аппаратов (включая МКС) оценивается в три тысяч тонн. Отслеживать их позволяет отечественная разработка – автоматизированная система предупреждения об опасных ситуациях в околоземном космическом пространстве (АСПОС ОКП).

«Млечный путь»

Сейчас разрабатываются проекты технических заданий для ключевых опытно-конструкторских работ, а также формируется список организаций, которые будут выполнять эти работы.

Проект «Млечный путь» будет включать в себя четыре вида мониторинга околоземного космического пространства:

контроль траекторий космических объектов искусственной природы (в том числе техногенного космического мусора);

отслеживание малых небесных тел – астероидов и комет;

мониторинг космической погоды;

отслеживание космических радиолиний.

В рамках проекта «Млечный путь» планируется создание и развёртывание специализированных средств мониторинга космического пространства не только на территории Российской Федерации, но и за её пределами.

Система «Млечный путь» будет в состоянии выявлять представляющие потенциальную угрозу небесные тела на расстоянии до 30 миллионов километров от Земли. Это позволит заблаговременно выявлять представлявшие опасность астероиды, приближающиеся к Земле со стороны Солнца.

Для Международной космической станции (МКС) разработана специальные алгоритмы выявления и уклонения от космического мусора. В них входит оценка траекторий полёта станции и космического мусора, расчёт вероятности возможного столкновения и при вероятности выше пороговых значений, планирование и реализацию манёвра уклонения.

Эта процедура основана на сложных баллистических расчётах, которые начинаются за несколько суток до предполагаемого сближения и ведутся вплоть до разрешения ситуации. В расчётах учитываются особенности орбитального движения космического мусора, а также ограничения средств наблюдения за таким мусором и требования к построению манёвра МКС таким образом, чтобы в новой точке исключалась угроза столкновения с новым объектом.

Импортозамещение:

Центр управления полётами (ЦУП) стремится активно использовать новые отечественные разработки и технические решения в области систем управления и вычислительных систем.

В ЦУПе регулярно проводятся открытые обсуждения различных технологий. Если существует возможность, иностранные компоненты заменяются отечественными, но требования к работе с международными программами – особенные. В связи с этим, в Центре управления полётами достаточно много аппаратуры импортного производства.

Что касается программного обеспечения, используемое в ЦУП, в основном – это преимущественно отечественные уникальные разработки, созданные сотрудниками Центра либо предприятиями, входящих в контур Роскосмоса. Аналогичный подход применяется во всём мире при управлении полётами космических аппаратов.

Текст и фото: Бионышева Елена

Фото: Радченко Андрей