Динамика космических систем

Анализируется угловое движение спутников под действием внешних моментов, рассматриваются пассивные и активные методы управления угловым движением. Пассивные способы обеспечения ориентации не требуют датчиков, энергетических затрат, исполнительных органов и вычислительных средств. В числе таких методов – различные способы реализации восстанавливающего и демпфирующего моментов с использованием внешних полей и гироскопических свойств быстро вращающихся тел. Активные методы управления угловым движением используют в качестве исполнительных органов управляемые токовые катушки и маховики, а в качестве датчиков ориентации – солнечные датчики, магнитометры, звездные камеры. Алгоритмы управления построены с учетом специфики микроспутников.

Рассматриваются вопросы эволюции орбиты под действием внешних (в том числе весьма экзотических) факторов, которые можно использовать для увода микроспутников, включая и CubeSat массой до килограмма, с орбиты. Изучаются способы изменения орбиты.

Изучается управление спутниками в групповом полете – так называемые конфигурации Formation Flying, в которых спутники движутся на небольшом удалении друг от друга. Разрабатываются методы автономной навигации для идентификации и управления относительным движением спутников в формации и их угловым движением с использованием различных способов получения измерительной информации и управляющих воздействий.

Рассматриваются вопросы конструирования межпланетных миссий, разработки методик конструирования и управления орбитальным движением в миссиях к планетам и астероидам. При этом используются двигатели малой тяги, гравитационные маневры у планет, управление угловым движением малогабаритных аппаратов, которые обеспечивают ориентацию вектора тяги и разгрузку гироскопических органов управления.

Миссии на базе микроспутников отличаются весьма ограниченными способностями к идентификации и управлению движением из-за малой массы и размеров, энергетических и вычислительных ресурсов таких аппаратов. Это приходится учитывать при выборе алгоритмов идентификации и управления, а также измерительных и исполнительных элементов. В то же время малые масса и габариты таких спутников позволяют проводить полунатурные испытания динамических моделей, алгоритмов идентификации и управления, элементов систем управления и даже спутников “целиком” в лабораторных условия. Поэтому в перечень решаемых задач входит моделирование динамики на лабораторных стендах, разработка методик проведения лабораторных исследований и разработка лабораторного оборудования, а также проведение испытаний и обработка измерений. Для решения этих задач в ИПМ им. М.В. Келдыша создана лаборатория «Динамика и управление движением малых спутников».