Динамика космических систем

Срок выполнения: январь 2022 – декабрь 2023

Организация, где выполняется работа: ИПМ им. М.В. Келдыша РАН

Руководитель – к.ф.-м.н. Д.С. Иванов

 Аннотация 

      Миниатюризация космических аппаратов привела к изменению парадигмы построения космических систем. Группа лёгких близколетящих околоземных спутников во многих миссиях превосходит по своим характеристикам одиночные массивные космические аппараты. Взрывной рост числа запускаемых и планируемых к запуску аппаратов в рамках одной миссии приводит к необходимости рассмотрения не отдельных элементов системы, а всего ансамбля элементов в целом. Для выполнения задач миссии требуется организация относительного движения всех аппаратов группы, число которых может достигать сотен и даже тысяч. Вследствие огромного числа элементов системы управление движением может осуществляться только автономно и на основе информации об относительном движении только ближайших аппаратов-соседей. При управлении такими многоэлементными космическими системами возникает ряд новых задач. Первое, требуется разработка инструментария для автономного принятия решения о выборе требуемого режима управления каждого элемента группы в условиях неполной информации. При этом цели движения отдельного аппарата можно выделить как индивидуальные (уклонение от столкновения, заряд батареи, заправка и др.), так и групповые (выполнение основных задач миссии). Второе, при рассмотрении группы разнородных аппаратов, способных выполнять индивидуальные функции (связь с наземной станцией, получение энергии, дозаправка, проведение измерений и т.п.) необходимо создать методику осуществления автономной «логистики» относительного движения и взаимодействия между элементами группы для выполнения задач миссии. И главное, требуется выработка подходов к изучению эффективности работы таких космических систем при использовании тех или иных подходов к управлению относительным движением. Эти задачи являются на настоящий момент нерешёнными, однако они неизбежно возникают для осуществления миссий с использованием групп аппаратов, таких как автономное строительство космических орбитальных станций, сервисное обслуживание созвездий уже запущенных аппаратов, увод космического мусора группой аппаратов, сбор и передача электрической энергии с низких околоземных орбит с помощью распределённых в пространстве солнечных панелей и множества других околоземных задач.

      В рамках настоящего проекта будут разработаны подходы для решения вышеописанных проблем, возникающих при создании алгоритмов управления относительным движением группы спутников как единого целого. Будет изучена возможность моделирования такой технической системы с использованием результатов исследования работы биологических распределённых систем с учётом ограниченных коммуникационных возможностей между элементами. Для выбора режима относительного движения возможно использование результатов локальной оптимизации с заданными весами выполнения локальных и групповых целей с учётом ограничения бортовых вычислительных ресурсов. Будет изучена возможность применения методов, аналогичных методам машинного обучения с подкреплением, но с распределённым обучением индивидуальных элементов системы с общим функционалом подкрепления. Разработанные подходы предполагается применить к миссиям группового полёта с конкретными задачами – построение космической станции, увод космического мусора и сервисное обслуживание. Новые алгоритмы будут исследованы как с помощью математического моделирования, так и экспериментально на лабораторном стенде в Институте прикладной математики им. М.В.Келдыша РАН.

Публикации по теме проекта:

В процессе подготовки

Назад к списку грантов РНФ и РФФИ