Динамика космических систем

Срок выполнения: июль 2022 – июнь 2025

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

Руководитель – к.ф.-м.н. Д.С. Ролдугин

 Аннотация 

      Космическая техника является неотъемлемой частью инфраструктуры нашей страны. Будучи первыми в космосе, мы, однако, потеряли лидерство в некоторых сферах и зачастую используем подходы, которые надёжны и хорошо зарекомендовали себя, но не имеют должной эффективности в условиях современной экономики. Инертность в сфере, где цена одной небольшой ошибки высока и исправить её обычно нельзя, вполне понятна. Однако задачи, стоящие перед страной в сложных геополитических условиях, требуют модернизации отрасли. В этом направлении движутся как традиционные ведущие предприятия, так и возникающие частные компании и стартапы.

      Общая крупная задача, поставленная в рамках проекта, – разработка методов управления угловым движением космических аппаратов, позволяющих тем совершать сложные движения, отслеживая специальные траектории с заданными параметрами, причем корректное и удобное построение таких траекторий – отдельная крупная подзадача. Большинство космических аппаратов не только в России, но и в других космических державах всё ещё стабилизируются в тривиальных положениях, под которыми понимаются совпадения связанной с аппаратом системы координат с некоторой заданной, обычно – орбитальной или инерциальной системой. Такой режим движения частично является наследием эпохи начала освоения космического пространства, когда использовались пассивные системы ориентации. В настоящее время возможности двигателей-маховиков, в том числе миниатюрных и относительно дешёвых, развитие методов управления с помощью магнитной системы ориентации, в том числе с применением прямых методов оптимизации, и вычислительные способности бортовых машин открывают путь для построения сложных угловых режимов движения космического аппарата.

      В результате относительно простой и дешёвый как в части изготовления компонент системы ориентации, так и в части программирования алгоритмов на бортовой вычислительной машине аппарат может решать весьма широкий круг задач. В качестве примеров можно привести отслеживание траекторий на поверхности Земли, в том числе береговых линий или трубопроводов, слежение за космическими объектами, например, космическим мусором в околоземном пространстве, проведение астрофизических исследований орбитальными телескопами с жёсткими требованиями по ориентации полезной нагрузки и времени её достижения. С другой стороны, рассмотрение нестандартных режимов движения и подходов к управлению важно для подготовки к нештатным ситуациям в работе системы ориентации. Аппарат, потерявший способность решать основную поставленную задачу, может быть в короткий срок переведён на решение других задач. Некоторые функции жизнеобеспечения, например, заряд аккумуляторных батарей, могут быть решены с помощью запасных режимов ориентации, что может спасти аппарат, пусть и при снижении эффективности его работы. Здесь важную роль играет магнитная система ориентации, а правильный выбор движения в окрестности требуемого положения позволяет существенно увеличить итоговую точность. Наконец, программные режимы движения могут быть использованы для решения специальных задач системы ориентации, позволяющих упростить аппаратный состав системы или увеличить время активного существования спутника. Например, специальная закрутка космического аппарата на высоких орбитах обеспечивают ненакопление кинетического момента маховиками и экономит невосполнимый ресурс – топливо.

      Таким образом, проект направлен на разработку подходов к построению управляемых программных траекторий в угловом движении космического аппарата, включая исследование динамики аппарата в конкретных режимах движения.

Публикации по теме проекта:

В процессе подготовки

Назад к списку грантов РНФ и РФФИ