"Селеноход" - участник лунной гонки

Блок управления (БУ) предназначен для управления движением ШГЗУ, режимами работы бортовых систем и научно-технологическим оборудованием в ходе наземной подготовки, летных испытаний и эксплуатации.

БУ выполняет следующие задачи:

• Приём и передача команд управления и данных в НКУ через ППМ;

• Обработка, запись и хранение видеоинформации;

• Коммутация электропитания;

• Формирование команд управления служебным системам и научной аппаратурой;

• Диагностика состояния бортовых систем.

Блок управления осуществляет функционирование в следующих режимах:

• Ждущий режим;

• Режим передвижения;

• Режим съемки и записи данных;

• Режим передачи данных;

В целях экономии энергии режимы работы в большей части времени не пересекаются.

Состав БУ

Блок управления, в соответствии с возлагаемыми на него функциями, включает в свой состав следующие элементы:

• Программируемая логическая интегральная схема (ПЛИС) A3PE Actel;

• Оперативное запоминающее устройство (ОЗУ) MT47 Micron;

• Постоянное запоминающее устройство (ПЗУ) K9F2G Samsung;

• Кодер видеоданных ADV212 Analog Device;

• Микросхемы питания LT3502 Linear.

Программируемая логическая интегральная схема

В последние годы в области создания сверхбольших интегральных схем (СБИС) программируемой логики (ПЛИС) был достигнут значительный прогресс. В связи с этим представляется целесообразным в качестве центрального процессорного устройства использовать программируемую логическую интегральную схему (ПЛИС), обладающую мощностью, достаточной для размещения внутри логики с последовательным выполнением (полной или упрощённой версии процессора), а так же логики портов сопряжения с исполнительными устройствами. Большое количество портов ввода-вывода упрощает схемотехнические решения по обеспечению взаимодействия с периферийными устройствами, памятью, сопроцессорами (кодерами), камерами, позволяя выделить отдельным группам устройств собственные шины данных и адреса, не мультиплексируя их, что значительно повышает надёжность и стабильность работы аппаратуры.

Основными производителями микросхем ПЛИС являются компании Altera, Xilinx, Actel. Первые два производителя специализируются на производстве ПЛИС на основе технологии SRAM, компания Actel производит ПЛИС на технологии Flash. ПЛИС, выполненные по технологии Flash, являются наиболее радиационно-стойкими, что подтверждается соответствующими испытаниями.

Характеристики микросхем фирмы Actel, семейства ProASICPLUS

Оперативное запоминающее устройство (ОЗУ)

Оперативное запоминающее устройство ОЗУ предназначено для временного хранения информации в алгоритмах обработки данных НА и формирования пакетов, подлежащих отправке на НКУ.

Объем памяти ОЗУ составляет 1 Гбит.

Наиболее активное использование ОЗУ осуществляется в режиме «Съемка и запись данных».

В конструкции ШГЗУ применяется ОЗУ фирмы Maxwell.

Структурная схема ОЗУ фирмы Maxwell

3.2.2.4 Постоянное запоминающее устройство (ПЗУ)

Постоянное запоминающее устройство ПЗУ выполняет следующие функции:

• Хранение тестовых данных, записанных перед полётом;

• Хранение данных от НА;

• Хранение телеметрической информации до подтверждения приёма НКУ;

• Хранение резервной копии ПО центрального процессора.

В соответствии с ТЗ на борту ШГЗУ требуется обеспечить хранение большого объема данных (более 1 ГБайта). Это обстоятельство потребует применения нескольких микросхем ПЗУ достаточно большого объёма.

Радиационно-стойкие ПЗУ с большим объемом памяти обладают значительными габаритами, массой и энергопотреблением. В то же время испытания ПЗУ на основе технологии FLASH коммерческого применения, осуществленные NASA, показали возможность использования указанных ПЗУ при накопленной дозе радиации до 50 кРад, что заведомо выше, чем может накопить аппарат за время работы. В качестве базовой модели для применения в составе ШГЗУ выбраны ПЗУ производства фирмы Samsung объемом по 2 Гбита каждая. Формат хранения данных в ПЗУ SSD – по одному биту в каждой ячейке, что так же уменьшает вероятность отказа. Применение четырех микросхем позволит обеспечить дублирование и резервирование ПЗУ. Отключение ПЗУ, не используемых при малом количестве поступающих данных, позволит эффективно управлять энергопотреблением.

Основными функциями ПЗУ являются:

• хранение данных на этапе упаковки и записи видео и фотоматериалов и до момента сбора данных для дальнейшей передачи в ЦУП;

• хранение телеметрической информации.

Наиболее активное использование ПЗУ предполагается в режиме «Съемка и запись данных».

Средства коммутации питания

В качестве коммутаторов питания целесообразно рассмотреть два типа реле:

• Твердотельные (для потребителей малой мощности - камеры, научная аппаратура);

• Статические (для потребителей большей мощности - движители).

В связи с высокой ответственностью данных элементов, отказ которых может привести не только к невыполнению второстепенных задач, но и срыву выполнения основной задачи, в качестве базовой модели для применения в составе ШГЗУ рассматриваются элементы, устойчивые к воздействию спецфакторов «К» производства завода ОАО СКТБ РТ «Старт».

В качестве статического реле выбрано реле РСК 16 ИДЯУ.648153.009-01 ИДЯУ.648153.009 ТУ.

Основные технические характеристики статического реле РСК 16 ИДЯУ.648153.009-01 ИДЯУ.648153.009 ТУ

Условия эксплуатации РСК 16

В качестве твердотельных реле выбраны реле РСК 17, РСК 18.

Реле РСК17, РСК18 являются статическими низкочастотными реле с одним бесконтактным выходом и предназначены для коммутации цепей постоянного тока:

• РСК 17 - на замыкание;

• РСК 18 - на размыкание.

Реле РСК 17 и РСК 18 изготавливаются по техническим условиям ИДЯУ.648153.001 ТУ в климатических исполнениях УХЛ и В с приемками ОТК и ПЗ и являются функциональными аналогами электронных реле PVT 442, PVT 322 фирмы International Rectifier.

Реле имеют оптоэлектронную развязку входа и выхода.

Реле выполнены в герметичном металлостеклянном корпусе типа 151.15-8

Технические характеристики РСК 17, РСК 18

Условия эксплуатации реле РСК 17 и РСК 18

Структура БУ

Структурная схема блока управления

В данной структуре центральную часть занимает программируемая логическая интегральная схема фирмы ACTEL, которая обеспечивает последовательно-параллельное выполнение следующих алгоритмов:

• Управление бортовыми системами ШГЗУ на всех участках полета;

• Управление научным и диагностическим оборудованием;

• Сбор, запоминание и передачу телеметрической и научной информации на ППМ;

• Прием и обработку внешних команд управления, переданных из НКУ по командной радиолинии;

• Распределение команд управления для бортовых систем и научно-технологического оборудования ШГЗУ;

• Коммутацию электропитания для бортовых систем и научно-технологического оборудования ШГЗУ;

• Обработку информации управления движением и навигацией ШГЗУ;

• Управление движением и навигацией ШГЗУ на этапе работы на поверхности Луны;

• Управление функциониро­ванием научно-технологического оборудования;

• Выдачу бортовой аппаратуре и системам ШГЗУ разовых команд управления (РК) и команд управления по временной программе (ВП);

• Формирование сигнала аварии и обеспечение работы в безопасном режиме.

Мультиплексор и аналого-цифровой преобразователи обеспечивают выполнение следующих функций:

• Мультиплексирование аналоговых данных от датчиков, служебных систем, питающих цепей;

• Аналого-цифровое преобразование сигналов и передачу их на шину данных центрального процессора.

Источники питания обеспечивают питание микросхем блока управления.