Грант РНФ № 17-71-10242 "Проектирование и оптимизация траекторий космических аппаратов с использованием многоядерных вычислительных систем"
Срок выполнения: 2017-2019 гг.
Организация, где выполняется работа: ИПМ им. М.В. Келдыша РАН
Руководитель – к.ф.-м.н. С.П. Трофимов
Аннотация
В последние несколько десятилетий отмечается непрерывно нарастающая сложность траекторий, проектируемых для различных космических миссий. В первую очередь это связано с появлением новых математических методов в астродинамике, пришедших из дифференциальной геометрии, теории динамических систем, теории глобальной оптимизации, теории графов и других разделов дискретной математики. Разработанные методы потребовали не только освоения в прикладных целях изощренных понятий и результатов чистой математики, но и породили проблему нехватки вычислительных ресурсов для решения многих практических задач. Подобные трудности баллистико-навигационного обеспечения полетов не были искусственно привнесены, а порождались реальными запросами космической индустрии в условиях миниатюризации космических аппаратов (КА) и требования неуклонного повышения эффективности исследовательских и технологических миссий.
В данном проекте планируется разработать ряд эффективных параллельных методов проектирования и оптимизации траекторий КА, позволяющих их использование на многоядерных вычислительных системах (МВС) для проработки облика околоземных и межпланетных миссий. В первую очередь речь здесь идет о вычислительно затратных алгоритмах построения межпланетных траекторий с несколькими промежуточными гравитационными маневрами. Будут распараллелены как традиционный способ построения траекторий КА с большой тягой, основанный на решении краевой задачи Ламберта, так и предложенный руководителем проекта метод виртуальных траекторий, который подразумевает однократное вычисление большого массива табулируемых траекторий. Также будет реализована параллельная процедура глобальной оптимизации траекторий КА с малой тягой, базирующаяся на решении краевой задачи Штарка. Наконец, запланировано рассмотрение проблемы выведения на орбиту и прогнозирования движения роя малых спутников. Основная цель подобных миссий - синхронное измерение неких физических величин, распределенных в пространстве: напряженности геомагнитного поля, концентрации заряженных частиц в ионосфере и т.п. Оптимизация конфигурации спутникового роя и предсказание его поведения - очевидным образом распараллеливаемые задачи, представляющие немалый практический интерес.
Предлагаемый проект является, вероятно, первым в стране систематическим исследованием возможностей применения МВС в астродинамике. Успешной его реализации способствует не только опыт, полученный руководителем проекта в задачах проектирования и оптимизации траекторий, но и уникальное положение Института прикладной математики (ИПМ) им. М.В. Келдыша РАН как признанного отечественного лидера и в области небесной баллистики, и в области высокопроизводительных вычислений. Все разрабатываемые в рамках проекта методы и алгоритмы будут реализованы на базе суперкомпьютерного кластера ИПМ.
Назад к списку грантов РНФ и РФФИ