Регистрация / Вход
Прислать материал

14.607.21.0144

Аннотация скачать
Постер скачать
Общие сведения
Номер
14.607.21.0144
Тематическое направление
Транспортные и космические системы
Исполнитель проекта
Федеральное государственное учреждение "Федеральный исследовательский центр Институт прикладной математики им. М.В.Келдыша Российской академии наук"
Название доклада
Разработка методов и средств лабораторной верификации алгоритмов управления орбитальным и угловым движением космических аппаратов нового поколения
Докладчик
Ткачев Степан Сергеевич
Тезисы доклада
Цели и задачи исследования
Целью работы является повышение надежности и снижение времени и стоимости разработки перспективных космических аппаратов путем создания новых способов отработки в лабораторных условиях систем управления орбитальным и угловым движением. Для достижения поставленной цели в ходе работ над проектом в первую очередь необходимо провести численное и аналитическое исследование динамики макетов на аэродинамическом столе и аэродинамическом подвесе. При этом необходимо учитывать возможные возмущения со стороны окружающей среды и воздействия со стороны актюаторов. Далее с использованием результатов исследования динамики макетов и имеющегося у коллектива задела моделирования орбитальной динамики, проводится анализ возможностей имитации различных режимов движения космических аппаратов, в том числе и с нежесткими элементами, в лабораторных условиях. Для расширения возможностей лабораторного оборудования необходимо также проработать способы программной имитации недостающих степеней свободы и динамических условий космического пространства. Следующей задачей является разработка алгоритмов управления и определения движения макетов. При этом необходимо уметь определять движение как автономно (на борту макета), так и иметь независимые средства измерения для верификации работы системы управления. Эта задача требует не только проведения численных и аналитических исследований, но и разработки специального программного обеспечения, в том числе и бортового. В заключение необходимо решить задачу верификации методов и алгоритмов. Это требует разработки методик тестирования системы и алгоритмов и разработки программы экспериментов, позволяющих ключевые параметры системы.
Актуальность и новизна исследования
Создание системы управления спутника, как правило, подразумевает полный цикл разработки наукоемкой продукции, начиная от проведения математических исследований и заканчивая созданием летного образца. При этом на этапе создания системы встает вопрос о верификации результатов математического моделирования. Часто проверка алгоритмов проводится на этапе летных испытаний, однако современные технологии позволяют часть экспериментов проводить в лабораториях. Это позволяет повысить надежность системы, а так же, как правило, уменьшить стоимость и срок ее ввода в эксплуатацию. Для проведения подобного рода испытаний ключевым является наличие специального оборудования, способного в той или иной мере имитировать условия космического пространства, а также специальных методик, которые позволят эффективно тестировать работу, как отдельных элементов системы управления, так и всей системы в целом. Основной проблемой при создании подобного оборудования является проблема имитации условий космического пространства в лаборатории. Во-первых, это обеспечение необходимого числа степеней свободы, во-вторых, создание схожих условий взаимодействия системы управления с внешним окружением (например, получение датчиками корректных измерений). Таким образом, средства имитации представляют собой достаточно сложный с инженерной точки зрения комплекс, для которого необходимо создавать специальное математическое, программное и аппаратное обеспечение.
Описание исследования

В работе изучается мировой опыт в области тестирования систем управления движением МКА в лабораторных условиях с точки зрения как аппаратных решений, так и в области математических подходов к исследованию динамики подобных систем. В настоящее время весьма распространёнными являются аэродинамические подвесы и аэродинамические столы. Например, в Центре космических технологий и микрогравитации (ZARM) Бременского университета (Германия) создан и активно используется стенд "LuVeX", который представляет собой стеклянный стол, по которому на воздушной подушке может двигаться макет системы управления. В Массачусетском технологическом институте для проекта «SPHERES» был создан стенд по отработке алгоритмов управления тремя наноспутниками, летящими в группе, представляющий собой гладкую поверхность. Аналогичные стенды существуют в Стенфордском университете, Миланском политехническом (SmartFlyer) и Римском (PINOCCHIO) «La Sapienza» университетах. В Институте прикладной математики также установлен подобный стол, проектированием и созданием которого занималась компания индустриальный партнер ООО «Спутникс». Все они решают схожие задачи и обеспечивают три степени свободы (одну вращательную и две поступательные). Что касается аэродинамических подвесов, то они имитируют три вращательных степени свободы. Подобные стенды используются, например, в Политехническом университете штате Вирджиния и Мичиганском университете. В России подобный стенд установлен в Самарском университете (разработка ООО «Спутникс»). Создание большего числа степеней свободы сопряжено с техническими трудностями и в работе планируется использовать программную имитацию недостающих степеней свободы. Имитация динамических условий также возможна как аппаратными, так и программными средствами. Наиболее распространенными имитаторами в настоящее время являются имитатор геомагнитного поля (кольца Гельмгольца, установлены, например, в Неаполитанском Университете им. Федерико II, Самарском университет, Московском физико-техническом институте), имитатор солнечного излучения (как правило, используется специальная система освещения) и имитатор звездного неба. Все они обеспечивают нужное информационное поле, а кольца Гельмгольца к тому же способны взаимодействовать с собственным магнитным моментом аппарата, создавая, таким образом, механический момент.

Результаты исследования

Проведен аналитический обзор современной научно-технической, нормативной, методической литературы, затрагивающей научно-техническую проблему тестирования в лабораторных условиях систем управления движением 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 (см. отчет о патентных исследованиях); разработана математическая модель формы рабочей поверхности аэродинамического стола.

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

14.607.21.0144.ppt