Динамика космических систем

Динамика и управление орбитальным и угловым движением

Грант РФФИ № 17-01-00449_а "Исследование орбитального и углового движения многоэлементных спутниковых систем"

Срок выполнения: апрель 2017 – декабрь 2019

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

Руководитель – к.ф.-м.н. Д.С. Иванов

Аннотация

      В развитии орбитальных технических средств, предназначенных для исследования космического пространства и его использования в народно-хозяйственных интересах, можно выделить два основных тренда. Это миниатюризация технологической базы и резкое сокращение финансирования. В результате возник новый класс космических аппаратов – малые спутники. Речь идет об аппаратах массой от десятков до единиц килограммов, а иногда даже всего нескольких сотен граммов. С другой стороны, все большее усложнение подходов и методов к решению фундаментальных и прикладных проблем освоения космического пространства зачастую приводит к необходимости создавать распределенные космические системы. В этом случае несколько спутников, объединенных в систему и летящих на относительно небольшом удалении друг от друга, одновременно работают над решением общей задачи. Использование малых спутников в подобных проектах является наиболее естественным, а зачастую и единственно возможным. 

      Малым спутникам, условно подразделяемые на микро-, нано- пикоспутники, присущи весьма жесткие ограничения по массе, размерам, энергетике, вычислительным мощностям и составу оборудования системы управления. Они приводят к усложнению основных задач, решаемых на начальном этапе конструирования миссии – выбору структуры космической системы и схем управления ею с учетом указанных ограничений. Построение многоэлементных спутниковых систем (формаций) требует специализированных динамических моделей, особых алгоритмов идентификации текущего фазового состояния и управления орбитальным и угловым движением аппаратов, что вызвано указанными выше стесненными возможностями. Именно этим обусловлена новизна предлагаемого проекта.

      В проекте будут созданы и исследованы динамические модели, алгоритмы построения, поддержания, реконфигурации формаций, определения и управления поступательным и угловым движением малых спутников в составе формаций с учетом специфики многоэлементных систем и ограничений каждого аппарата по возможностям идентификации и управления. Многоэлементные системы будут рассмотрены и исследованы для разной структуры системы, включая формацию, кластер и рой спутников, различающихся иерархией управления. Верификация моделей и алгоритмов будет выполнена с использованием ранее созданного коллективом программного инструментария. Тестирование моделей и алгоритмов планируется выполнить на уникальном стендовом оборудовании, введенном в действие в ИПМ им. М.В. Келдыша РАН в 2015 году усилиями авторов настоящего проекта. Новое оборудование позволяет в реальном масштабе времени имитировать относительное вращательно-поступательное движение нескольких макетов аппаратов.


Публикации по теме проекта:

Danil Ivanov, Uliana Monakhova, and Mikhail Ovchinnikov
Nanosatellites Swarm Deployment Using Decentralized Differential Drag-Based Control with Communicational Constraints // Acta Astronautica, 2019 (in press). DOI: 10.1016/j.actaastro.2019.02.006

Danil Ivanov, Maxim Kushniruk, and Mikhail Ovchinnikov
Study of Satellite Formation Flying Control Using Differential Lift and Drag // Acta Astronautica, 2018, Vol. 152,
pp. 88-100. DOI: 10.1016/j.actaastro.2018.07.047


Назад к списку грантов РНФ и РФФИ