DE1531556B2 - Verfahren zum Betrieb von Satelliten und Raumflugkörpern mit ständiger oder regelmäßig wiederkehrender Erdverbindung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb von Satelliten oder Raumflugkörpern mit ständiger oder regelmäßig wiederkehrender Erdverbindung mittels einer Fernwirkeinrichtung, die einen Prozeßrechner zum Vergleich von Ist- und Sollwerten aufweist.

Für den Betrieb von in Umlaufbahnen befindlichen Satelliten und Raumflugkörpern ist es bekannt, eine Vielzahl von auf unterschiedliche Länder und Erdteile verteilten Bodenstationen vorzusehen, deren Aufgabe es ist, die während des Überfluges der jeweiligen Bodenstation über Telemetriesender zur Erde gesendeten, den Betriebszustand des Satelliten verkörpernden Betriebsdaten und die von seinen Meßeinrichtungen ermittelten wissenschaftlichen Daten zu sammeln und über Funk-, Telefon- und/oder Fernschreibverbindungen einem Kontrollzentrum zu übermitteln, wo diese Daten erfaßt und unter Berücksichtigung der den Betriebszustand verkörpernden Daten die Befehle für die vom Satelliten während des nächsten Umlaufs oder der nächsten Umläufe zu erfüllenden Aufgaben oder für den weiteren Bahnverlauf ermittelt werden.

Hierzu werden die im Kontrollzentrum während einer Kontaktzeit seriell ankommenden Daten mit Hilfe eines Rechners aufbereitet und über Anzeigegeräte dem Betriebspersonal blockweise dargeboten sowie über abtastfähige Aufzeichnungsträger ausgegeben und ausgedruckt (vgl. »GROUND OPERATION EQUIPMENT FOR THE ORBITING ASTRONOMICAL OBSERVATORY«, Proceeding of the Spring Joint Computer Conference 1963, S. 141 bis 153).

Die Aufbereitung umfaßt neben der Kontrolle auf richtige Übertragung und Entschlüsselung der während einere Kontaktzeit vom Satelliten abgerufenen Daten auch Soll-Istwert-Vergleiche der aufgenommenen Sollwerte mit vom Rechner aufbereiteten Istwerten der vorangegangenen Kontaktzeit. Dies geschieht in der Weise, daß die von der Bodenstelle aufgenommenen Daten des Satelliten wortweise mit den für diese Kontaktzeit vorgegebenen Sollwerten verglichen werden. Die vorgegebenen Sollwerte sind jeweils vor der Kontaktzeit in Abhängigkeit von vorausberechneten Bahndaten, von eingespeicherten Istwerten der gerade beendeten Kontaktzeit und von zusätzlichen, vom Bedienungspersonal gegebenen Rechenbefehlen während der kontaktlosen Zeit vom Rechner ermittelt und mit Toleranzen versehen worden, innerhalb deren die Istwerte während der nächsten Kontaktzeit liegen müssen. Ist der Vergleich zweier solcher Wörter positiv, so schaltet der Rechner auf den Vergleich der nächstfolgenden zwei Wörter, ist er dagegen negativ, so wartet der Rechner, bis das Bedienungspersonal einen Handschalter von der Stellung »Halt« in die Stellung »Fortfahren« legt.

Während der Kontaktzeit wird also der Istzustand des Satelliten ermittelt und können sogenannte Entlastungsbefehle zum Satelliten gegeben werden, die während der kontaktlosen Zeit auf Grund des letzten Istzustandes des Satelliten und der Überlegungen des Bedienungspersonals vom Rechner erzeugt und in die dem Satelliten geläufige Kommandosprache übersetzt worden sind.

Zwar ist der Rechner im Kontrollzentrum ein wertvolles Hilfsmittel für die Aufbereitung der vom Satelliten erhaltenen Daten. Alle Voraussagen über die Größe der Sollwerte für die während der nächsten Kontaktzeit anfallenden Istwerte und alle Entscheidungen über gegebenenfalls notwendig werdende Entlastungsbefehle muß aber das Bedienungspersonal selbst treffen, das während der relativ kurzen Kontaktzeit des Satelliten völlig überfordert ist. Während der normalerweise zwischen etwa 5 und 12 Minuten dauernden Kontaktzeit sind nämlich mehr als 500 Meßkanäle zu überprüfen, die teilweise

ίο digitale und teilweise analoge Aussagen über Zustandsgrößen liefern, die sowohl eine Wertgrenze als auch zwei Wertgrenzen aufweisen können.

Die Befehlsgabe im Kontrollzentrum obliegt daher sehr erfahrenem Personal, das in Abhängigkeit von dem im Kontrollzentrum jeweils bekannten Betriebszustand, welcher vom tatsächlichen Betriebszustand im Augenblick der Entscheidung, welcher Befehl zu geben ist, infolge unzureichender Datenerfassung und beschränkter und zeitverzögerter Datenübermittlung erheblich abweichen kann, und der in einem Flugbetriebs-Handbuch niedergelegten, auf Erfahrungswerten beruhenden Daten einen dem /■ jeweils bekannten Betriebszustand am besten ent- ^- sprechenden Befehl auswählt und diesen in Ab- / hängigkeit von den vorhandenen Kommandokanälen während der gerade bestehenden, meistens aber während der nächsten Kontaktzeit vom Kontrollzentrum aus direkt oder über eine der Bodenstationen dem Satelliten übermittelt.

Bei der Auswahl eines Befehls kann es, v/ie die Erfahrung gezeigt hat, zu sehr erregten und zeitraubenden Diskussionen kommen, welcher Befehl der augenblicklich herrschenden Situation im Satelliten oder Raumflugkörper am besten gerecht wird und ob die eine oder andere Deutung der dem Kontrollzentrum übermittelten Betriebsdaten die richtigere ist. Während dieser Zeit empfängt der Satellit keine seinen Betriebszustand beeinflussenden Befehle und befindet sich daher in der Regel in einer nicht erwünschten und unwirtschaftlichen Betriebsweise, die zur Erschöpfung der Batterien, zum teilweisen oder vollständigen Funktionsausfall von Baueinheiten u. ä. führen kann.

Darüber hinaus ist die Errichtung und Unter- (__

haltung einer Vielzahl von Bodenstationen mit sogenannter »Quick-LookÄ-Einrichtung, also mit Ein- ( richtungen zur unmittelbaren Anzeige von Betriebsdaten des Satelliten, und die Errichtung und Unterhaltung der erforderlichen Funk-, Telefon- und Fern-Schreibeinrichtungen zwischen den einzelnen Bodenstationen und der Kontrollstation mit erheblichen Kosten verbunden; auch ist die Errichtung eines solchen, den Erdkreis umspannenden Betriebsnetzes mit einer Vielzahl von Bodenstationen aus politisehen und geografischen Gründen oft unmöglich.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein neues Verfahren zum Betrieb von Satelliten und Raumflugkörpern zu schaffen, das ohne ein die Erde umfassendes Netz von Bodenstationen auskommt und darüber hinaus unwirtschaftliche oder fehlerhafte Betriebsweise eines Satelliten oder Raumflugkörpers mit ständiger oder regelmäßig wiederkehrender Erdverbindung, soweit prinzipiell überhaupt möglich, ausschaltet.

Ausgehend von einem Verfahren zum Betrieb von Satelliten oder Raumflugkörpern mit ständiger oder regelmäßig wiederekehrender Erdverbindung mittels einer Fernwirkeinrichtung, die einen Prozeßrechner

zum Vergleich von Ist- und Sollwerten aufweist, ist diese Aufgabe gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß alle oberen und unteren Sollgrenzwerte der Funktionseinheiten des Satelliten oder Raumflugkörpers vor dem Start ermittelt und in Form von oberen und unteren Sollwertrahmen abtastbar im Prozeßrechner eingespeichert werden, daß die Funktionen der Funktionseinheiten und die Funktionsänderungen beim Überschreiten der oberen und unteren Sollwertgrenzwerte ermittelt und zu Soll-Differenzenrahmen zusammengefaßt und mit allen diesen Überschreitungen zugeordneten, im korrigierenden Sinne wirkenden Schaltbefehlen in den Prozeßrechner eingespeichert werden, und daß während der Missionszeit des Satelliten oder Raumflugkörpers alle dem Prozeßrechner übermittelten Istwerte der Funktionseinheiten umgeordnet und zu einem Istwertrahmen zusammengefaßt und dem Vergleicher zugeleitet werden, der durch Vergleich der jeweiligen Sollwertrahmen mit dem jeweils vorliegenden Istwertrahmen einen Ist-Differenzenrahmen ermittelt, daß nach Ermittlung eines Ist-Differenzenrahmens über einen Testbefehl ein neuer Ist-Differenzenrahmen ermittelt wird und beim Übereinstimmen der Aussage durch eine Neu-Kontrolle der oder die den augenblicklichen Betriebszustand der Funktionseinheiten am besten entsprechenden Schaltbefehle ermittelt und über einen Befehlsgeber dem Satelliten oder Raumflugkörper zum Zwecke der Korrektur oder Abschaltung der betroffenen Funktionseinheiten innerhalb der Kontaktzeit selbsttätig übermittelt werden.

Alle erfaßbaren Betriebsdaten der Funktionseinheiten eines Satelliten oder Raumflugkörpers und seine Reaktion auf Umweltsbedingungen, Belastungsänderungen u. ä. sind also vor dem Beginn der Missionszeit zu erfassen und als sogenannten Sollwertrahmen mit oberen und unteren Grenzwerten innerhalb eines Prozeßrechners zu speichern. Darüber hinaus sind alle möglichen Auswirkungen von allen möglichen Überschreitungen dieser Grenzwerte festzustellen und als sogenannte Soll-Differenzenrahmen im Prozeßrechner zu speichern. In Abhängigkeit von der Reaktion der Funktionseinheiten auf Umweltsbedingungen und auf Überschreitungen von oberen und unteren Grenzwerten sind Schaltungsänderungen innerhalb der Funktionseinheiten veranlassende Entlastungsbefehle zu ermitteln, um unter den jeweils gegebenen Bedingungen die Funktionen des Satelliten in seiner Gesamtheit oder zumindest in Teilbereichen jeweils optimal aufrechtzuerhalten. Diese Befehle werden jeder Ausfallmöglichkeit zugeordnet und sind ebenfalls im Prozeßrechner zu speichern. Der der Bodenstation zugeordnete Prozeßrechner ist nunmehr so zu programmieren, daß er in der Lage ist, alle während der Missionszeit des Satelliten oder Raumflugkörpers über Telemetrie übermittelten Daten über die tatsächlichen Verhältnisse an Bord zu entsprechenden sogenannten Istwertrahmen zusammenzufassen und ebenfalls kurzfristig zu speichern und durch Vergleich der jeweiligen Sollwertrahmen mit dem Istwertrahmen einen Ist-Differenzenrahmen zu ermitteln sowie durch Vergleich des Ist-Differenzenrahmens mit allen eingespeicherten Soll-Differenzenrahmen die an Bord des Satelliten oder Raumflugkörpers tatsächlich vorhandenen Fehler oder Ausfälle und den oder die zur Aufrechterhaltung oder Änderung der Betriebsweise des Satelliten oder Raumflugkörpers erforderliehen Entlastungsbefehle selbsttätig zu ermitteln und die Übertragung dieser Entlastungsbefehle auf den Satelliten oder Raumflugkörper zu veranlassen.

Das Bedienungspersonal ist also nunmehr während des Flugbetriebs des Satelliten von Entscheidungen weitestgehend entlastet, und korrigierende Entlasiungsbefehle können noch während der bestehenden Kontaktzeit dem Satelliten zugeleitet werden, wobei solche Entlastungsbefehle den ermittelten Verhältnissen im Satelliten tatsächlich am besten gerecht werden.

Hierbei ist Vorsorge getroffen, daß die Einzelwerte bestimmter Funktionseinheiten in den oberen und unteren Sollwertrahmen in Abhängigkeit von vorher berechenbaren zeitlichen Veränderungen ständig nachgestellt werden.

Auch werden nach einem weiteren Merkmal der Erfindung die Einzelwerte bestimmter Funktionseinheiten in den oberen und unteren Sollwertrahmen durch neue Sollwerte ersetzt, die in Abhängigkeit von den während der Missionszeit des Satelliten oder Raumflugkörpers ermittelten Betriebswerten dieser Funktionseinheiten bestimmt sind.

Wie beim eingangs genannten Verfahren wird auch hier durch ein erstes Prüfungssystem sichergestellt, daß alle ankommenden Daten auf ihre Dekommutierbarkeit geprüft und bei fehlender Dekommutierbarkeit dem Satelliten so lange Entlastungsbefehle selbsttätig übermittelt werden, bis dekommutierbare Daten erhalten oder irreparable Fehler im Satelliten festgestellt werden. Durch ein zweites Prüfsystem wird sichergestellt, daß nicht bereits beim ersten ermittelten Ist-Differenzenrahmen ein die Betriebsweise des Satelliten ändernder Schalt- oder Entlastungsbefehl gesucht und dem Satelliten übermittelt wird. Es könnte nämlich sein, daß durch irgendwelche Einflüsse und Zufälle der Istwert in der Bodenstation verstümmelt und falsch angekommen ist.

Nach der ersten Feststellung eines Ist-Differenzenrahmens und nach Aufsuchen des zugehörigen SoIl-Differenzenrahmens wird ein den Betriebszustand des Satelliten beeinflussender Testbefehl dem Satelliten übermittelt und dabei gleichzeitig über eine Korrekturschaltung der Inhalt dieses Ist-Differenzenrahmens in die oberen und unteren Sollwertrahmen eingerechnet. Bleibt der nach der Testbefehlgabe auf Grund der daran anschließend zur Bodenstation gelangten Betriebsdaten ermittelte Ist-Differenzenrahmen Null, was innerhalb einer sogenannten NuIlkontrollschaltung festgestellt wird, so wird dann der dem ermittelten Fehler zugehörige Entlastungsbefehl gegeben sowie die zugehörige Sollwertkorrektur durchgeführt.

Nach der Ermittlung des Ist-Differenzenrahmens werden die in die oberen und unteren Sollwertrahmen eingerechneten Korrekturen der Sollwerte nach erfolgreicher Nullkontrolle des Ist-Differenzenrahmens gespeichert und für die weitere Mission zur Korrektür der vom Sollwertrahmenspeicher gelieferten Sollwerte benutzt.

Selbstverständlich werden in der vorstehend genannten Weise nicht nur die sogenannten Betriebsdaten erfaßt und verarbeitet, sondern es werden ebenfalls die von den im Satelliten oder Raumflugkörper entsprechend der jeweils durchzuführenden Aufgabe installierten Meßeinrichtungen gelieferten

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sogenannten wissenschaftlichen Daten vom Prozeß- Schlüsse über die Funktionsrichtigkeit des Satelliten rechner gesammelt und für Prüfzwecke im vorge- zuläßt, ist zusätzlich in Abhängigkeit dieser Angaben nannten Betriebssystem mitverwendet. Das Sammeln ein manueller Eingriff sowohl zur Korrektur der von wissenschaftlichen und technischen Daten auf Sollwertrahmen als auch in die Befehlsgabe möglich. Magnetbändern zum Zwecke späterer Auswertung 5 Selbstverständlich ist Vorsorge getroffen, daß die wird dagegen von dem System nicht beeinflußt, ab- ursprünglichen und/oder die korrigierten oberen und gesehen von der besseren Ausnutzung des Raumflug- unteren Sollwerte, die Istwerte, die Ist-Differenzenkörpers infolge optimaler Missionserfüllung, auch werte, die beim Vergleich zwischen den Ist-Diffeunter Vorliegen von Ausfällen. renzenwerten mit den Soll-Differenzenwerten ermit-

Auf diese Weise ist es erstmals möglich, den Flug- io telten Ausfälle, die Testbefehle, der oder die eibetrieb eines Satelliten oder Raumflugkörpers mit mittelten und an den Satelliten weitergegebenen wenig Personal von einer einzigen Bodenstation aus Entlastungsbefehele sowie die dadurch eventuell durchzuführen. Infolge der exakten Analyse aller korrigierten oberen und unteren Sollwerte ausge-Funktionen des in eine Umlaufbahn zu befördernden druckt werden.

Satelliten oder Raumflugkörpers, der Ermittlungen 15 Bei ergebnislosem Vergleich zwischen Ist-Diffealler Fehler und Ausfälle und der Festlegung aller renzenrahmen und den Soll-Differenzenrahmen werder während der Missionszeit möglicherweise ein- den der Inhalt von Istwertrahmen, Sollwertrahmen tretenden Situationen am besten gerecht werdenden und Ist-Differenzenrahmen und ein Hinweis »Fehler-Befehle vor dem Start des Satelliten sowie der Ver- erkennung nicht möglich« ausgedruckt, arbeitung der gespeicherten Daten und der über 20 Für diesen Fall kann ebenfalls in die Betriebs-Telemetrie erfaßten Daten mit Hilfe eines Prozeß- weise des Satelliten oder R.aumflugkörpers eingerechners ist eine optimale und weitgehend selbsttätige griffen werden, da Vorsorge getroffen ist, daß Steuerung des Flugbetriebes von Satelliten und manuelle Befehle zur Änderung der Betriebsweise ζ Raumflugkörpern durchführbar. Es werden also die sowohl allein als auch zusätzlich zur selbsttätigen , Einbeziehung zahlreicher Bodenstationen und die 25 Befehlsermittlung durch den Prozeßrechner gegeben ( dazugehörigen Nachrichtenverbindungen in den werden können. Für die Zeit der nun notwendigen Flugbetrieb sowie das hierzu erforderliche Bedie- Diskussion über den Ausfall wird der Raumflugnungspersonal und die für den Flugbetrieb notwen- körper automatisch in einen Notbetriebszustand dige technische Einrichtung dieser Bodenstationen kommandiert, sofern die Überschreitung kritischer eingespart. Da nunmehr Überlegungen und Diskus- 30 Grenzwerte dies erfordert.

sionen über die jeweils zu gebenden Befehle an den Die zur selbsttätigen Befehlsermittlung zusätzliche

Satelliten während der Prüfung der im Kontroll- manuelle Befehlsgabe wird in aller Regel dann anzentrum angefallenen Daten entfallen, erhält der zuwenden sein, wenn die über den Bandspeicher abSatellit oder Raumflugkörper unmittelbar nach der gerufenen Betriebsdaten erkennen lassen, daß Uber-Feststellung des tatsächlich herrschenden Betriebs- 35 schreitungen der oberen und unteren Grenzwerte auf zustandes die diesem am besten gerecht werdenden Bahnabschnitten erfolgen, die außerhalb des Bahn-Befehle für die weitere Missionszeit, so daß un- abschnittes liegen, welcher über den direkten Funkwirtschaftliche oder gar schädliche Betriebsweisen kontakt überprüfbar ist. weitestgehend vermieden werden. Schließlich können in der gleichen Weise, wie dies

Da nunmehr für den Flugbetrieb eine einzige 40 für den Betrieb eines einzigen Satelliten beschrieben Bodenstation ausreicht, können die Umlaufbahnen worden ist, mehrere Satelliten oder Raumflugkörper freizügiger als bisher gewählt werden. von der gleichen Bodenstation aus im Zeitmultiplex-

Ein weiterer Vorteil ist darin zu sehen, daß im verfahren und/oder über Prioritätsprogramme gleich-Hinblick auf die Erstellung der sogenannten Soll- zeitig überwacht und gesteuert werden. /

wertrahmen und aller Ausfallmöglichkeiten und Ab- 45 An Stelle des bisher bekannten sogenannten off- ^ hilfebefehle vor dem Start eines Satelliten oder line-system-Verfahrens zum Betrieb von Satelliten ( Raumflugkörpers dieser in seiner Funktionsweise und Raumflugkörpern ist also nunmehr ein soge- und in seinen Reaktionen auf Umweltsbedingungen nanntes on-line-closed-loop-system-Verfahren angevollständig zu überprüfen ist, ehe er seiner eigent- geben, das mit weniger aufwendigen Mitteln die geliehen Aufgabe zugeführt wird, die Zuverlässigkeit 50 stellte Aufgabe besser löst. Die ausgedruckten Daten, also vergrößert wird. Da das gesamte Systemwissen nämlich die Istwerte, die Sollwerte, die Fehler und des Satelliten-Herstellers in den Prozeßrechner ein- Ausfälle, die korrigierend eingreifenden Befehle usw., zuprogrammieren ist, werden Fehlentscheidungen geben zusammen mit der exakten Funktionsanalyse verhindert und automatische Entscheidungen, die eine ausgezeichnete Dokumentation über den Betrieb sonst nur von einem Team getroffen werden könnten, 55 des Satelliten und eine ausgezeichnete Grundlage zur gewährleistet. Beurteilung seiner Missionserfüllung.

Die Istwerte der Funktionseinheiten des Satelliten Die Erfindung wird nunmehr an Hand eines in

oder Raumflugkörpers können sowohl in realer Zeit der Zeichnung dargestellten Funktionsdiagramms gesendet als auch über einen Bandspeicher abge- eines Betriebsdaten-Überwachungssystems für Satelrufen werden. Hierdurch ist sowohl der augenblick- 60 liten und Raumflugkörper im einzelnen beschrieben, liehe Zustand als auch der Zustand ermittelbar, der wobei aus Gründen der Übersichtlichkeit auf das im Satelliten oder Raumflugkörper vor dem Er- nicht zur Erfindung gehörende System für die Erreichen des Funkkontaktes mit der Bodenstation fassung und Verarbeitung der von dem Satelliten herrschte. Die Verwertung von Bandspeicherdaten oder Raumflugkörper gelieferten wissenschaftlichen erlaubt die Beurteilung des Satelliten an geografischen 65 und technischen Daten zum Zwecke späterer AusPositionen, die von der Kontrollstation aus nicht wertuüg verzichtet worden ist. eingesehen werden können. Für den Flugbetrieb eines Satelliten oder Raum-

Da der bereits vergangene Zustand ebenfalls Rück- flugkörper 1 ist es erforderlich, daß dieser unter

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anderem nicht dargestellte Telemetrieeinrichtungen rahmen und Soll-Difierenzenrahmen ein Fehler festbesitzt, um während der Kontaktzeit, in der Funk- gestellt worden, so werden über eine Schaltung 26 ein kontakt zwischen dem Satelliten und einer Boden- in den Speicherstellen 19 gespeicherter Testbefehl station 2 besteht, die während dieser Zeit anfallenden über einen Befehlsgeber 28 zum Satelliten gesandt Daten, von denen hier sämtliche Daten interessieren, 5 und gleichzeitig über eine weitere Korrekturschaltung und die außerhalb der Kontaktzeit angefallenen, z. B. 29 die oberen und unteren Sollwerte geändert, nämauf einem Magnetband gespeicherten Daten der lieh der Inhalt des Ist-Differenzenrahmens in die Bodenstation zu übermitteln. Über diese Telemetrie- oberen und unteren Sollwertrahmen 11 und 12 eineinrichtung mit wechselseitigen Sendern und Emp- gerechnet. Die unmittelbar nach der Testbefehlgabe fängern müssen aber auch die Befehle von der io ankommenden Daten werden erneut im Istwert-Bodenstation aus dem Satelliten übermittelt werden rahmen 15 gespeichert und über den Vergleicher 20 können. Es sind daher drei sogenannte Datenkanäle mit den korrigierten oberen und unteren Sollwerten vorgesehen, nämlich ein Echtzeitkanal 3, ein Band- verglichen und daraufhin in den Ist-Differenzenzeitkanal 4 und ein Befehlskanal 5. Zur Lösung der rahmen 18 gebracht. Erst wenn dabei der Ist-Diffe-Aufgabe ist jedoch der Bandzeitkanal 4 nicht unbe- 15 renzenrahmen Null bleibt, was über die Nullkontrolldingt erforderlich. schaltung 22 festgestellt wird, wird in den Speicher-

Während einer Kontaktzeit werden also über die stellen 14 der zu dem ermittelten Fehler gehörende

genannten Kanäle 3 und 4 die direkt gesendeten und Entlastungsbefehl abgerufen, der über den Befehls-

die vom Band abgerufenen Daten in der Boden- geber 28 dem Satelliten übermittelt wird. Entspre-

station 2 gesammelt, an einen Prozeßrechner weiter- 20 chend dem festgestellten Fehler oder Ausfall im

gegeben und dort in noch zu beschreibender Weise Satelliten werden gleichzeitig eventuell notwendig

verarbeitet und gleichzeitig — oder aber für Band- werdende bleibende Änderungen im oberen und un-

speicherdaten während der nächsten Kontaktzeit — teren Sollwertrahmen 11, 12 über eine Korrektur-

die die Betriebsweise des Satelliten beeinflussenden schaltung 24 dauernd durchgeführt, also die für die

Befehle über den Befehlskanal 5 auf den Satelliten 25 weitere Mission des Satelliten zur Korektur der von

übertragen. dem Sollwertrahmenspeicher 10 gelieferten Sollwerte

Zur Datenverarbeitung und Befehlsermittlung benötigten Werte des Ist-Differenzenrahmens gedient also ein hier nicht dargestellter, der Boden- speichert. Der Testbefehl zur Auslösung der Nullstation 2 zugeordneter Prozeßrechner bekannter Bau- kontrolle kann selbstverständlich aus mehreren art, der geeignete Speichermöglichkeiten aufweist, 30 Einzelbefehlen bestehen.

und zwar für die vor dem Start des Satelliten er- Um die Qualität der über den Echtzeitkanal 3 anmittelten Betriebsdaten seiner Funktionseinheiten, kommenden Daten zu erfassen, ist ferner eine die in einem sogenannten Sollwertrahmenspeicher 10 Datenkontrolleinrichtung 30 vorgesehen. Bei unzuzusammengefaßt sind, aufgeteilt in obere und untere reichender Datenqualität werden eingespeicherte Be-Sollwertrahmen 11 und 12, für sogenannte Soll-Diffe- 35 fehle über den Befehlsgeber 28 dem Satelliten zugerenzenrahmen 13, die alle während des Betriebes des leitet, die ihn in Zustände umschalten, die die AusSatelliten möglicherweise auftretenden Ausfälle dar- sendung besserer Telemetriedaten erlauben. Wenn stellen. trotz wiederholter Befehlsgabe keine Daten aus-

Bei jedem Soll - Differenzenrahmen wird in reichender Qualität erhalten werden können, liegen

Speicherstellen 14 der ebenfalls vorausermittelte so- 4° irreparable Fehler oder Ausfälle im Satelliten vor.

genannte Entlastungsbefehl gespeichert. Ein Speicher Die Datenkontrolle wird in der Weise durchgeführt,

15 dient der Aufnahme eines sogenannten Istwert- daß die ankommenden Daten auf ihre Dekommutier-

rahmens, der alle während einer Kontaktzeit des barkeit geprüft werden, d. h., ob z. B. Hauptträger

Satelliten mit der Bodenstation anfallenden Daten und Unterträger sowie die Information selbst und das

aufnimmt. Ein Speicher 16 beinhaltet innerhalb eines 45 Synchronisationswort vorhanden sind. Ein Dekom-

sogenannten Missionsprofil alle Befehle, die für die mutator 31 ist nachgeschaltet. Hier werden die

Durchführung der Mission des Satelliten benötigt — beispielsweise in pulskodmodulierter Form an-

werden, und ist mit einer Taktimpulse liefernden fallenden, z. B, zu Wörtern von 12 Bits zusammen-

Uhr 17 verbunden. Ein Speicher 18 dient der Auf- gefaßten — Daten dekommutiert und anschließend

nähme der durch den Vergleich der während der 50 in den schon erwähnten Istwertrahmen 15 im

Kontaktzeit aufgenommenen Istwerte mit den oberen Speicherteil des Prozeßrechners für die Zeitdauer

und unteren Sollwerten ermittelten Ist-Differenzen- der Datenverarbeitung während des Funkkontaktes

werte. Speicherstellen 19 nehmen alle Programme eingespeichert.

zur Herleitung von Testbefehlen und der Änderung Schließlich ist eine Datenaufzeichnungseinheit 27

der Sollwertrahmen auf, die den jeweiligen Soll- 55 vorgesehen, um empfangene und ermittelte Daten,

Differenzenrahmen zugeordnet sind. Befehle, durchgeführte Testbefehle und die dabei er-

Die genannten Rahmen sind mit sogenannten Ver- mittelten Daten usw. ausdrucken zu können. Mit der gleichern verbunden. Zum Vergleich zwischen Ist- gleichen Einheit ist der die Istwertrahmen beinhalwert- und Sollwertrahmen ist ein Vergleicher 20 vor- tende Speicher 15 verbunden, um die mit 40 bezeichgesehen. Ferner ist ein weiterer Vergleicher 21 vor- 60 neten Flugergebnisse ausgeben zu können,
gesehen, der mit dem bereits genannten Soll-Diffe- Die Soll- und Istwertrahmen und der Ist-Differenzenrahmen 13, dem Ist-Differenzenrahmen 18 und renzenrahmen zusammen mit den über Vergleicher einer Korrekturschaltung 23 verbunden ist, mit deren verbundenen Soll-Differenzenrahmen und der Schalt-Hilfe die oberen und unteren Sollwertrahmen beein- anordnungen zur Ermittlung der Befehle sowie die flußbar sind. 65 Korrekturschaltungen bilden eine alle möglichen Be-

Ferner ist dem Ist-Differenzenrahmen eine Schal- triebszustände und -ablaufe beinhaltende Funktions-

tung 22 zur sogenannten Nullkontrolle nachgeschal- logik für den Raumflugkörper,

tet. Ist durch Vergleich zwischen Ist-Differenzen- Gleichzeitig oder kurz nach Verarbeitung der Echt-

zeitdaten erfolgt der Abruf und die Aufzeichnung der im Satelliten auf Band gespeicherten Daten der Bahnabschnitte, die außerhalb der Kontaktzeit liegen. Für die über den Bandzeitkanal 4 zur Bodenstation 2 gelangenden Daten ist daher ebenfalls eine Dekommutation vorgesehen, die über dieselbe Anlage wie bei den Echtzeiten erfolgen kann. Die anfallenden Daten werden einer Datenverarbeitung 51 zugeführt und mit Hilfe einer Datenaufzeichnungseinrichtung 52 registriert.

Wie sich aus dem vorstehend im einzelnen beschriebenen Funktionsdiagramm ergibt, werden also die beim Umlauf des Satelliten 1 während der Kontaktzeit mit der Bodenstation 2 in Echtzeit anfallenden Daten in der Bodenstation auf ihre Qualität geprüft und bei für gut befundener Qualität nach ihrer Dekommutation in den Istwertrahmen des Prozeßrechners eingespeichert. Die Funktionstüchtigkeit der Bodenstation, die ebenfalls durch ein hier nicht zu erläuterndes Verfahren selbsttätig geprüft werden kann, ist dabei vorausgesetzt. Die dort eingespeicherten Daten werden Wert für Wert mittels des Vergleichers 20 mit den 'jeweils zugeordneten oberen und unteren Sollwerten;: die aus dem Sollwertrahmenspeicher 10 in die oberen und unteren Sollwertrahmen 11 und 12 transferiert worden sind, verglichen und die einzelnen Abweichungen im Ist-Differenzenrahmen 18 zusammeng~efaßt.

Solange beim Ist-Söllwertvergleich die jeweiligen Istwerte zwischen den oberen und unteren Sollwerten bleiben, der Satellit also fehlerfrei arbeitet, sind die Abweichungen Null, urdü es findet kein weiterer Vergleich zur Fehlerermittlung statt. Es erfolgt daher auch kein Ausdruck von Daten. Die Einrichtung für den Ausdruck der angefallenen Daten kann aber selbstverständlich angesteuert werden. Werden dagegen die oberen oder'unteren Sollwerte überschritten, so wird durch Vergleich der Ist-Differenzenwerte mit den in den Soll-Differenzenrahmen eingespeicherten Ausfallmöglichkeiten die Datenauswertung fortgesetzt und über den Vergleicher 21 jedem Ist-Diflerenzenrahmen der diesem zugeordnete Soll-Differenzenrahmen und damit der Fehler oder Ausfall ermittelt.

Bei positiver Nullkontrolle wird daraufhin der dem Fehler zugeordnete optimale Entlastungsbefehl an seinem Platz im -Speicher 14 abgerufen und über den Befehlsgeber 23 dem Satelliten 1 übermittelt. ■·■■:■·

Die für die bleibenden Änderungen im oberen und unteren Sollwertrahmen erforderlichen Differenzenwerte werden, wie schon beschrieben, in den Sollwertrahmen-Speicher 10 eingespeichert.

Lediglich auf Grund von durch Toleranzenverschiebungen, wie Temperaturfehler, Spannungs- und Kapazitätsfehler der Stromversorgungsanlage im Satelliten und auf ähnlichen Ursachen beruhenden Abweichungen bedingte Fehler werden in Abhängigkeit der Angaben der die Flugbetriebs-Ergebnisse 40 ausgebenden Einheit 27 über eine sogenannte manuelle Betriebsüberwachung 54 dem Sollwertrahmen-Speicher zugeführt und bringen dort die oberen und unteren Sollwerte in den Sollwertrahmen 11 und 12 in bessere Übereinstimmung mit den tatsächlich herrschenden Verhältnissen.

Während der Kontaktzeit werden selbstverständlich auch die im Missionsprofil gespeicherten Befehle für die Durchführung bestimmter wissenschaftlicher Aufgaben über den Befehlsgeber 28 direkt auf den Satelliten gegeben.

Über die schon erwähnte, sogenannte manuelle Betriebsüberwachung 54 können auch aus derDaten-

aufzeichnung 52, ζ. Β. Kurvenschreiber, ersichtliche Abweichungen, die sich auf die Teile der Umlaufbahn des Satelliten beziehen, die außerhalb der Kontaktzeit liegen, durch manuelle Befehle berücksichtigt werden, so daß das Bedienungspersonal auch

ίο direkt über den Befehlsgeber 28 in den Betriebsablauf im Satelliten eingreifen kann. Es können aber auch über die der manuellen Betriebsüberwachung nachgeschaltete Korrektureinrichtung 55 lediglich die im Sollwertrahmen-Speicher 10 eingespeicherten oberen und unteren Sollwerte in Abhängigkeit der aus der Datenaufzeichnung 52 ersichtlichen Abweichungen verändert werden.

Das vorstehend beschriebene Flugbetriebssystem ermöglicht also mit Hilfe eines Prozeßrechners und

einer vorangehenden exakten Analyse der Funktionen aller Baugruppen eines Satelliten oder Raumflugkörpers und der Reaktionen dieser Baugruppen auf alle denkbaren Einflüsse den Flugbetrieb von einer einzigen Bodenstation aus weitestgehend selbsttätig durchzuführen. Da korrigierende Befehle unmittelbar nach Erkennen von Fehlern ausgeführt werden, wobei diese Befehle bereits fertig vorhan- - den sind, werden unerwünschte Betriebsweisen des Satelliten, soweit überhaupt möglich, vermieden. Die bisher während der Zeit einer unerwünschten Betriebsweise angefallenen Daten waren nicht erfaßbar und gingen daher verloren, was nunmehr vermieden ist.

Entsprechend den jeweils herrschenden Gegeben-

heiten oder der gewünschten Betriebsweise kann selbstverständlich der vom Prozeßrechner ermittelte Befehl während der gleichen Kontaktzeit auf den Satelliten übertragen werden, in der die Daten über den Echtzeitkanal 3 angefallen sind, als auch zeitverzögert, beispielsweise beim nächstfolgenden Kontakt mit der Bodenstation auf den Satelliten -übertragen werden.

Da die Zeit zur Erfüllung obiger Aufgaben lediglich in der Größenordnung von einer Minute liegt, ist es möglich, mit der gleichen Bodenstation nicht nur einen, sondern mehrere Satelliten in der vorstehend beschriebenen Weise zu steuern, wenn Vorsorge dafür getroffen ist, daß diese Steuerung im sogenannten Zeitmultiplex-Verfahren und/oder Prioritäten-Betrieb durchgeführt wird.

Claims (12)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Betrieb von Satelliten oder Raumflugkörpern mit ständiger oder regelmäßig wiederkehrender Erdverbindung mittels einer Fernwirkeinrichtung, die einen Prozeßrechner zum Vergleich von Ist- und Sollwerten der Funktionseinheiten des Satelliten oder Raumflugkörpers aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß alle oberen und unteren Sollgrenzwerte der Funktionseinheiten vor dem Start ermittelt und in Form von oberen und unteren Sollwertrahmen (11, 12) abtastbar im Prozeßrechner eingespeichert werden, daß die Funktionen der Funktionseinheiten und die Funktionsänderungen beim Überschreiten der oberen und unteren SoIl-• grenzwerte ermittelt und zu Soll-Differenzen-

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rahmen (13) zusammengefaßt und mit allen diesen Überschreitungen zugeordneten, im korrigierenden Sinne wirkenden Schaltbefehlen in den Prozeßrechner eingespeichert werden, und daß während der Missionszeit des Satelliten oder Raumflugkörpers (1) alle dem Prozeßrechner übermittelten Istwerte der Funktionseinheiten umgeordnet und zu einem Istwertrahmen (15) zusammengefaßt und dem Vergleicher (20) zugeleitet werden, der durch Vergleich der jeweiligen Sollwertrahmen mit dem jeweils vorliegenden Istwertrahmen einen Ist-Differenzenrahmen (18) ermittelt, daß nach Ermittlung eines Ist-Differenzenrahmens über einen Testbefehl (19) ein neuer Ist-Differenzenrahmen ermittelt wird und beim Übereinstimmen der Aussage durch eine Null-Kontrolle (22) der oder die den augenblicklichen Betriebszustand der Funktionseinheiten am besten entsprechenden Schaltbefehle (Entlastungsbefehl 14) ermittelt und über einen Befehlsgeber (28) dem Satelliten oder Raumflugkörper (1) zum Zwecke der Korrektur oder Abschaltung der betroffenen Funktionseinheiten innerhalb der Kontaktzeit selbsttätig übermittelt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einzelwerte bestimmter Funktionseinheiten in den oberen und unteren Sollwertrahmen in Abhängigkeit von vorher berechenbaren zeitlichen Veränderungen ständig nachgestellt werden.

3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einzelwerte bestimmter Funktionseinheiten in den oberen und unteren Sollwertrahmen durch neue Sollwerte ersetzt werden, die in Abhängigkeit der während der Missionszeit des Satelliten oder Raumflugkörpers ermittelten Betriebswerte dieser Funktionseinheiten bestimmt sind.

4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Ist-Differenzen- , rahmen (18) mehrfach ermittelt wird, ehe Schaltbefehle gegeben werden.

5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß nach Ermittlung eines Ist-Differenzenrahmens (18) der Inhalt dieses Ist-Differenzenrahmens in die oberen und unteren Sollwertrahmen eingerechnet wird (Korrekturglied 23) und durch einen Testbefehl (19) mit zugehöriger Sollwertkorrektur (29) der Satellit in einen neuen Betriebszustand gebracht und daraufhin ein neuer Ist-Differenzenrahmen ermittelt wird, und daß bei Nullbleiben des Ist-Diiferenzenrahmens der Entlastungsbefehl (14) gegeben sowie die zugehörige Sollwertkorrektur (24) durchgeführt wird.

6. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die nach Ermittlung eines Ist-Differenzenrahmens (18) in die oberen und unteren Sollwertrahmen (11, 12) eingerechneten Korrekturen der Sollwerte nach erfolgreicher Nullkontrolle (22) des Ist-Differenzenrahmens gespeichert und für die weitere Mission zur Korrektur der vom Sollwertrahmenspeicher (10) gelieferten Sollwerte benutzt werden.

7. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß bei fehlender Dekommutierbarkeit der ankommenden Daten so lange Entlastungsbefehle dem Satelliten (1) selbsttätig übermittelt werden, bis dekommutierbare Daten erhalten oder irreparable Fehler festgestellt werden.

8. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß in den Prozeßrechner alle zur Durchführung einer Mission erforderlichen Schaltbefehle in einem Missionsprofil (16) eingespeichert werden und daß unter der Steuerung des Missionsprofils Schaltbefehle während einer Kontaktzeit selbsttätig gesendet werden.

9. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß bei ermitteltem Fehler einer Funktionseinheit alle ermittelten Istdaten, alle Sollwerte, alle Ist-Differenzenrahmen, der ermittelte Fehler, alle Befehle und die Zeit ausgedruckt werden.

10. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß bei ergebnislosem Vergleich zwischen Ist-Differenzenrahmen (18) und Soll-Differenzenrahmen (13) der Istwertrahmen, der SoHwertrahmen, der Inhalt des Ist-Differenzenrahmens und der Hinweis »Fehlererkennung nicht- möglich« ausgedruckt werden.

11. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die an geografischen Orten, die der Bodenstation nicht direkt zugängig sind, ermittelten und auf Band gespeicherten Daten (4) gesondert verarbeitet (50, 51, 52) werden, und daß die sich daraus eventuell ergebenden zusätzlichen Befehle zur Änderung der Betriebsweise des Satelliten oder Raumflugkörpers (1) manuell gegeben werden (manuelle Betriebsüberwachung 54).

12. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Satelliten oder Raumflugkörper (1) von der gleichen Bodenstation (2) im Zeitmultiplexverfahren gesteuert werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen