Динамика космических систем

Динамика и управление орбитальным и угловым движением

Государственное соглашение № 14.607.21.0144 с Минобрнауки РФ "Разработка методов и средств лабораторной верификации алгоритмов управления орбитальным и угловым движением космических аппаратов нового поколения"

Срок выполнения: январь 2016 – декабрь 2018

Получатель субсидии: ИПМ им. М.В. Келдыша РАН

Индустриальный партнёр: ООО "Спутниковые инновационные космические системы"

Руководитель работ – д.ф.-м.н. М.Ю. Овчинников

 

Первый этап работы (03.10.2016 – 30.12.2016): 

"Выбор и обоснование направления исследований"

      Целью первого этапа работ является выбор направления исследований в области тестирования в лабораторных условиях системы управления поступательным и вращательным движения малых спутников нового поколения. 

      В ходе выполнения проекта по Соглашению о предоставлении субсидии от 03.10.2016 № 14.607.21.0144 с Минобрнауки России в рамках федеральной целевой программы "Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2014- 2020 годы" на этапе № 1 в период с 03.10.2016 по 30.12.2016 выполнялись следующие работы: 

 • проведен аналитический обзор современной научно-технической, нормативной, методической литературы, затрагивающей научно-техническую проблему тестирования в лабораторных условиях систем управления движением малых космических аппаратов (МКА);

 • обоснован выбор направления исследований в области методов и подходов лабораторного тестирования систем управления движением МКА; 

 • проведены патентные исследования в соответствии с ГОСТ 15.011-96; 

 • разработана математическая модель формы рабочей поверхности аэродинамического стола. 

      Проведенные работы позволили выявить основные тенденции в области использования аэродинамического стола и аэродинамического подвеса для лабораторного тестирования системы управления движением МКА. Удалось очертить круг задач, которые могут быть решены с использованием имеющегося у коллектива исполнителей и индустриального партнера оборудования, и наметить шаги по решению задач на последующих этапах ПНИЭР. 

Запланированные работы выполнены полностью.


Второй этап работы (01.01.2017 – 29.12.2017):

"Аналитическое и численное исследование динамики макета.
Разработка прототипа системы управления движением"

На втором этапе работ:
разработаны математические модели динамики лабораторного макета системы управления движением малого космического аппарата (ЛМСУД МКА) на аэродинамическом столе с учетом возмущений, определяемых формой поверхности стола и ЛМСУД МКА на аэродинамическом подвесе;
проведено математическое исследование разработанных моделей для определения зависимостей эффективности работы алгоритмов управления и определения положения макета от его параметров;
разработано программное обеспечение (ПО), реализующего модель динамики ЛМСУД МКА на аэродинамическом столе и аэродинамическом подвесе;
разработаны программы и методики испытаний ПО, реализующего разработанные модели;
проверена корректность работы ПО, реализующего разработанные модели с использованием разработанных методик;
разработан метод лабораторной верификации моделей движения макетов на столе или подвесе с моделями движения МКА, выбраны и обоснованы режимы движения МКА нового поколения, тестируемые в лабораторных условиях;
разработаны рекомендации по элементному составу средств верификации в виде ЛМСУД МКА для применения на аэродинамическом столе и аэродинамическом подвесе;
разработаны и обоснованы алгоритмы определения параметров исполнительных элементов и датчиков в составе ЛМСУД МКА и алгоритма определения центра масс ЛМСУД МКА на аэродинамическом подвесе.

      Второй этап посвящен аналитическому и численному исследованию динамики макета и разработке на их основе облика прототипа системы управления. Для этого были созданы математические модели исследуемых систем и проведены всесторонние аналитические и численные исследования. Попутно было разработано ПО, реализующее математически модели. Для проверки корректности работы ПО разработаны программы и методики испытаний.

      Результаты позволили разработать метод лабораторной верификации моделей движения макетов на столе или подвесе и выбрать и обосновать режимы движения МКА нового поколения, тестируемые в лабораторных условиях. Для ЛМСУД МКА на аэродинамическом подвесе существенных ограничений на режимы углового движения нет, поэтому тут рассматривается случай пространственного углового движения. Для ЛМСУД МКА на аэродинамическом столе выбран режим облета и стыковки двух объектов на аэродинамическом столе.

      Полученные результаты являются новыми, что подтверждается публикациями в изданиях, индексируемых в базе "Сеть науки" (Web of Science). Результаты находятся на уровне мировых разработок. Это подтверждается докладами на международных конференциях.

Третий (заключительный) этап работы (01.01.2018 – 31.12.2018):

"Разработка методик тестирования системы управления движением"

В результате работ по третьему этапу:
• разработаны программы и методики лабораторных исследований лабораторного макета системы управления движением малого космического аппарата (ЛМСУД МКА) на аэродинамическом подвесе и столе;
• разработаны алгоритмы определения и управления движением ЛМСУД МКА, реализующие выбранные в п.3.9 ТЗ режимы движения;
• разработано программное обеспечение (ПО) для системы независимых измерений положения и ориентации макетов, для определения параметров исполнительных элементов и датчиков в составе ЛМСУД МКА, для определения центра масс ЛМСУД МКА на аэродинамическом подвесе;
• проведены лабораторные исследования работы алгоритмов определения параметров исполнительных элементов и датчиков в составе ЛМСУД МКА, работы алгоритма определения центра масс ЛМСУД МКА на аэродинамическом подвесе, ЛМСУД МКА в целом в соответствии с разработанными программами и методиками для ЛМСУД МКА на аэродинамическом столе и на аэродинамическом подвесе;
• проведено сравнение результатов математического, компьютерного моделирования и лабораторных исследований и анализ корректности математических моделей и выбранных методов исследования;
• разработаны рекомендации и предложения индустриальному партнеру по внедрению результатов ПНИЭР для организаций промышленности и университетов на базе ООО «Спутникс»;
• проведены оценки результатов, выполненных ПНИЭР в сравнении с современным научно-техническим уровнем;
• проведена оценка полноты решения задач и достижения поставленных целей ПНИЭР;
• разработано ПО для бортового компьютера ЛМСУД МКА и для обеспечения взаимодействия ПЭВМ с ЛМСУД МКА по беспроводному интерфейсу;
•  создан и смонтирован ЛМСУД МКА;
• разработан проект технического задания на проведение ОКР «Создание имитатора системы управления движением МКА для аэродинамического стола».

      Разработанные программа и методики лабораторных испытаний, в первую очередь, предназначались для проверки корректности разработанного на заключительном этапе программного обеспечения. Задачей ПО является обеспечение автономной работы ЛМСУД МКА, исполнение алгоритмов определения параметров датчиков и актюаторов, а также исполнение алгоритмов реализации требуемых режимов движения.

      Для проведения лабораторных экспериментов были созданы и смонтированы два ЛМСУД МКА – для аэродинамического стола и для аэродинамического подвеса. В ходе лабораторных экспериментов была проверена корректность составления ПМИ, а также корректность разработанных алгоритмов и ПО, их реализующего. Результаты экспериментов оказались в хорошем согласовании с результатами математических исследований.

      В конечном итоге, подготовлен проект технического задания на проведение ОКР «Создание имитатора системы управления движением МКА для аэродинамического стола».

      Результаты работы были доложены на трех конференциях и опубликованы в двух изданиях, входящих в базы Web of Science и Scopus. Получены регистрационные документы для двух программных продуктов.

      Подготовлена и представлена в диссертационный совет диссертация «Использование прямого метода Ляпунова в задачах управления ориентацией космических аппаратов» на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук.

      Таким образом, все запланированные на этапе работы выполнены полностью.

Назад к списку госконтрактов