При разработке техники для аэро-космической отрасли кроме отечественных ГОСТов, ОСТов и прочей нормативной документации полезно знать также и о существовании международных стандартов CCSDS (Consultative Committee for Space Data Systems).

CCSDS — международная организация, занимающаяся стандартизацией систем обмена данными в космической технике. Собственно, создавалась она также и для того, чтобы аппаратура и программное обеспечение разных космических агентств могли нормально работать друг с другом, а для каждой новой миссии не приходилось полностью изобретать собственные форматы телеметрии и протоколы связи.

Сами по себе рекомендации CCSDS, разумеется, не заменяют обязательные требования действующих в РФ нормативных документов. Кроме того, стандартов CCSDS существует довольно много и пытаться реализовать их все подряд в небольшом аппарате никакого смысла нет. Однако, при проектировании интерфейсов связи соблюдать применимые стандарты полезно: это упрощает использование стороннего наземного оборудования и программного обеспечения, а также в целом обеспечивает совместимость с тем, что уже используется в мировой космической отрасли.

Протоколы связи

Пожалуй, основной стандарт, с которым следует ознакомиться любому разработчику современного космического аппарата это CCSDS 401.0-B — Radio Frequency and Modulation Systems. В этом стандарте описаны рекомендации по радиоинтерфейсу, используемым видам модуляции и другим параметрам физического радиоканала. Даже если вы вообще не планируете обеспечивать совместимость с другими системами, ознакомиться с этим стандартом всё равно стоит, так как он описывает важные физические нюансы, которые вам в любом случае придётся учитывать.

В целом же, для задачи обмена командами и телеметрией между космическим аппаратом и наземной станцией в интересны следующие стандарты:

• CCSDS 131.0-B — TM Synchronization and Channel Coding. Синхронизация и помехоустойчивое кодирование канала телеметрии для передачи от космического аппарата к наземной станци.
• CCSDS 231.0-B — TC Synchronization and Channel Coding. Аналогичный уровень для обратного направления, т.е. отправки команд с Земли на космический аппарат.
• CCSDS 132.0-B — TM Space Data Link Protocol. Определяет формат и передачу кадров телеметрии.
• CCSDS 232.0-B — TC Space Data Link Protocol. Определяет формат и передачу кадров команд.
• CCSDS 133.0-B — Space Packet Protocol. Определяет стандартный формат пакетов, в которые уже непосредственно упаковываются телеметрия, команды и другие данные.

Иллюстрация иерархии стандартов CCSDS в области телеметрии КА

Кратко можно описать так: прикладные данные сначала помещаются в CCSDS Space Packet, пакеты передаются внутри TM или TC кадров, ниже располагаются синхронизация и канальное кодирование, а затем уже непосредственно физический радиоканал.

Следование подобной структуре не означает, что всё внутреннее устройство аппарата обязательно строить по стандартам CCSDS. CCSDS описывает значительно больше вещей — надёжную доставку команд, безопасность канала, передачу файлов, синхронизацию времени, сетевые протоколы, взаимодействие программных компонентов, работу наземных комплексов и многое другое. Нужные стандарты имеет смысл выбирать уже исходя из задач конкретного аппарата.

Например, совершенно необязательно использовать какой-либо специальный CCSDS-протокол для обмена сообщениями между двумя задачами внутри одного микроконтроллера только потому, что такой стандарт существует. А вот внешний интерфейс между космическим аппаратом и наземной станцией стандартизировать обычно гораздо полезнее, поскольку именно здесь совместимость с чужой аппаратурой и программным обеспечением может оказаться нужна в будущем.

Все актуальные стандарты CCSDS в категории Blue Books можно посмотреть на официальном сайте CCSDS. При проектировании следует смотреть именно актуальную редакцию документа, поскольку номера выпусков стандартов со временем обновляются.