STRUCTURE OF THE UPPER-AIR SOUNDING SYSTEM
OF THE «VOSTOCHNY» COSMODROME
Plokhikh O. V., Gusev A. V., Kudinov S. I., Chernyh O. A., Ivanov V. E.
Ural Federal University named after the first President of Russia B. N.Yeltsin
Mira st., 19, Yekaterinburg, 620002, Russian Federation
Ph.: (343) 3754762, e-mail: *****@***ru
Abstract — Information about development of the upper-air sounding system for meteorological provision of the «Vostochny» cosmodrome, integrating the most advanced atmosphere parameter instrumentation is provided in the plex use of sounding means allows moving to qualitatively new level in operational data acquisition about an atmosphere state.
СТРУКТУРА СИСТЕМЫ АЭРОЛОГИЧЕСКОГО ЗОНДИРОВАНИЯ
АТМОСФЕРЫ КОСМОДРОМА «ВОСТОЧНЫЙ»
Плохих О. В., , Э.
ФГАОУ ВПО «Уральский федеральный университет им. первого
Президента России »
г. Екатеринбург, 620002, Российская Федерация
тел.: (343) 3754762, e-mail: *****@***ru
Аннотация — В докладе приведены сведения о разработке системы аэрологического зондирования атмосферы для метеорологического обеспечения космодрома «Восточный», интегрирующей самые передовые средства измерения параметров атмосферы. Комплексное использование средств зондирования позволяет перейти на качественно новый уровень в получении оперативной информации о состоянии атмосферы.
I. Введение
В рамках Федеральной космической программы России на 2006 - 2015 годы ЦЭНКИ работает над созданием системы метеорологического обеспечения (СМО) строящегося космодрома «Восточный». Одна из подсистем СМО – это система аэрологического зондирования атмосферы (САЗА), в разработке и изготовлении которой УрФУ задействован в качестве исполнителя работ. Специалисты УрФУ уже много лет занимаются исследованиями и разработкой различных средств радиозондирования атмосферы и обладают необходимыми навыками и опытом работ для создания подобных систем [1,2].
САЗА является важнейшей составной частью системы метеорологического обеспечения, оперативно формирующей данные, необходимые для обеспечения пусков ракет-носителей (РН) и функционирования служб космодрома.
II. Основная часть
САЗА состоит из 6 подсистем (см. рис. 1):
- аппаратно-программного комплекса (АПК) автоматизированной системы сбора, обработки и хранения данных
(АССОиХД),
- аэрологического комплекса МАРЛ-А,
- стационарного комплекса СР «Полюс»,
- мобильного аэрологического комплекса (МАК),
- радиометрической системы определения профилей влажности и температуры,
- комплекта оборудования и расходных материалов для подготовки и выпуска аэрологических радиозондов (АРЗ).
Информация стационарных подсистем передается по локальной компьютерной сети, информация МАК через транкинговую сеть радиосвязи TETRA космодрома «Восточный». АПК АССОиХД собирает и обрабатывает информацию со всех подсистем
САЗА. Эта информация транслируется в систему сбора, обработки, передачи и хранения метеорологической информации СМО. Передаваемую по каналам связи информацию можно разделить на:
- необработанные (сырые) данные измерений,
- обработанные профили температуры, влажности, ветра (скорость, направление, меридиональная и зональная составляющие), атмосферного давления относительно высоты,
- стандартные метеотелеграммы,
- контрольная информация (КИ) о состоянии и функционировании подсистем,
- вспомогательная информация от других подсистем СМО (например, данные наземной метеостанции, доплеровского метеорологического радиолокатора).
Рис. 1. Структура САЗА.
Fig. SS structure
САЗА космодрома «Восточный» представляет собой автоматизированный высокотехнологичный комплекс средств радиозондирования атмосферы. Аэрологический комплекс МАРЛ-А включает в себя два модернизированных аэрологических радиолокационных вычислительных комплекса (АРВК) МАРЛ-А. Модернизация заключается в доработке программного обеспечения (ПО) МАРЛ-А для работы с цифровым АРЗ МРЗ-3МК в режиме пакетной передачи данных. Модернизация МРЗ-3МК для работы в пакетном режиме также проводится в рамках работ по проекту [3]. В МРЗ-3МК период обновления телеметрической информации снижен до 2 секунд, а цифровой радиоканал повышает надежность и достоверность принимаемой информации. В Центральной аэрологической обсерватории (ЦАО) уже проведены успешные испытания МАРЛ-А и МРЗ-3МК в пакетном режиме. Модернизация МАРЛ-А и МРЗ-3МК для работы в пакетном режиме проводится для того, чтобы приблизить характеристики радиолокационных систем по измерению температуры и влажности к параметрам СР «Полюс», где аналогичные принципы цифровой обработки и пакетной передачи данных в АРЗ были заложены изначально и уже реализованы.
Стационарный комплекс систем радиозондирования (СР) «Полюс» также состоит из двух СР «Полюс», отличающихся друг от друга антенными системами. Одна СР «Полюс» будет иметь антенну с круговой диаграммой направленности по азимуту, которая обеспечивает рабочую дальность приема сигнала АРЗ до 200 км. Другая СР «Полюс» будет оборудована антенной с управляемой диаграммой направленности (АУДН), обеспечивающей рабочую дальность системы свыше 200 км (см. рис. 2). Кроме того, АУДН повышает помехозащищенность СР за счет пространственной селекции. СР «Полюс» это первая в РФ система радиозондирования, определяющая координаты и скорость движения АРЗ по спутниковым навигационным сигналам (ГЛОНАСС, GPS, GALILEO). Первый макет СР «Полюс» был испытан в 2009 г. [4], а первый опытный образец в 2011 прошел испытания на космодроме «Байконур» [5]. СР «Полюс» разработана на современной элементной базе, с применением цифровых методов обработки сигналов и передачи информации и имеет несомненные преимущества перед традиционными в РФ радиолокационными аэрологическими системами в точности измерения координат АРЗ и определении ветра.
Рис. 2. АУДН в безэховой камере.
Fig. 1 ADDP in anechoic box
Введенный в состав САЗА МАК разрабатывается на базе СР «Полюс». Аппаратура МАК устанавливается на шасси КАМАЗ. СР «Полюс» не требуется геодезическая привязка и угловая ориентация антенной системы перед выпуском АРЗ, поэтому процедура мобильного зондирования упрощается. МАК оснащается средствами радиосвязи, малогабаритной наземной метеостанцией, аппаратурой навигации, автономным дизельным генератором и другими средствами, обеспечивающими его автономную работу в течение суток. Кабина МАК оборудована подъемным устройством, приводящим антенну СР «Полюс» с круговой диаграммой направленности в рабочее положение перед выпуском.
Радиометрическая система на базе профилемера RPG-HATPRO может использоваться практически при любых условиях окружающей среды. Система измеряет профили температуры, влажности и содержание воды в атмосфере в диапазоне высот 0-10 км. Система реализует метод оперативного бесконтактного измерения температуры и влажности в тропосферном слое.
III. Заключение
Разрабатываемая САЗА объединяет преимущества и технические возможности радиолокационной и навигационной систем радиозондирования атмосферы, а так же бесконтактных систем измерения параметров атмосферы. САЗА должна обеспечить:
- повышенную надежность и точность мониторинга окружающей среды за счет мультиплексирования средств и методов получения аэрологической информации;
- оперативное предоставление потребителю метеорологической информации;
- гибкое конфигурирование используемых средств измерения;
- управление взаимодействием подсистем, сбор и передачу данных в систему сбора, обработки, передачи и хранения метеорологической информации.
Кроме ЦЭНКИ и УрФУ в создании САЗА участвуют ведущие предприятия-изготовители отечественных средств радиозондирования.
IV. References
[1] Ivanov V. E., Gusev A. V., Ignatkov K. A., Kudinov S. I., Noskov V. Ya, Plokhikh O. V. Current state and perspectives of development of upper-air sounding systems. 2012 22nd Int. Crimean Conf. “Microwave & Telecommunication Technology” (CriMiCo’2012). Sevastopol, 2012, T.1. pp. 3-12.
[2] Ivanov V. E. Radiozondirovanie atmosfery. Tehnicheskie i metrologicheskie aspekty razrabotki i primenenija radiozondovyh izmeritel'nyh sredstv. [Upper-air sounding. Technical and metrological aspects of development and application of radiosonde measuring means]. V. Je. Ivanov, M. B. Fridzon, S. P. Essjak; pod red. V. E. Ivanova. – Yekaterinburg: UrO RAN, 2004. – 596 p.
[3] Gusev A. V., Ivanov V. E., Kudinov S. I., Shirshov N. V., Rysev V. V. Packet method telemetry data transmission in the upper-air sounding system. 2013 23nd Int. Crimean Conf. “Microwave & Telecommunication Technology” (CriMiCo’2013). Sevastopol, 2013, T.2. pp. 1028-1029.
[4] Plokhikh O. V., Ivanov V. E. Nekotorye rezul'taty razrabotki sistemy radiozondirovanija atmosfery na osnove sputnikovyh navigacionnyh platform GPS-GLONASS. [Some results of development of the upper-air sounding system based on the satellite navigation GPS-GLONASS platforms]. Izvestija vysshih uchebnyh zavedenij Rossii. Radiojelektronika. Sankt-Peterburg: 2009, vyp. 6 (tematicheskij vypusk «Shirokopolosnye signaly i sistemy»), pp. 66-74.
[5] Shirshov N. V., Kurtashkin S. A., Ivanov V. E., Plokhikh O. V., Chernyh O. A. Rezul'taty ispytanij navigacionnoj sistemy radiozondirovanija atmosfery «Poljus» na poligone Bajkonur. [Test results of the "Polus" navigation upper-air sounding system on the Baikonur range]. Trudy II Vserossijskoj nauchnoj konferencii «Problemy voenno-prikladnoj geofiziki i kontrolja sostojanija prirodnoj sredy» / pod obshh. red. S. S Suvorova. SPb.: VKA imeni A. F. Mozhajskogo, 2012. – T.1. – 432 s., pp. 269-275.
