The object of research, development or design (in Russian) : Группировка космических аппаратов

The object of research, development or design (in Kazakh) : Ғарыштық аппараттар топтамасы

Aim of work (in Russian) : Создание системы управления, способной сохранять требуемую конфигурацию группировки космических аппаратов для целей выполняемой миссии, с учетом неопределенностей, обусловленных внешними воздействиями.

Aim of work (in Kazakh) : Сыртқы әсерлерден туындаған анықталмағандылықтарды ескере отырып, орындалатын миссия мақсаттарына арналған ғарыш аппараттар топтамасының талап етілетін конфигурациясын сақтауға қабілетті басқару жүйесін құру

Методы исследования (на русском) : – классические методы аналитического (методы усреднения для получения автономных дифференциальных уравнений движения и т.д.) и численного (методы Рунге-Кутта-Фельберга и Runge-Kutta-Verner с 4(5) и 8(9) порядком точности соответственно) решения нелинейных дифференциальных уравнений, в том числе с учетом неопределенностей; – сравнительный анализ результатов работы с теоретическими и экспериментальными данными работ других исследователей, сопоставление результатов линеаризации разработанных нелинейных математических моделей с решениями известных линейных моделей, а также вычислительные пакеты (Maple, MatLab:Simulink), что, в целом, будет обусловливать достоверность результатов; – фундаментальные законы теоретической и небесной механики, на основе которых были построены адекватные динамические модели. При построении математической модели были использована теория потенциала для описания возмущений, действующих на систему с дальнейшим их приведением к автономному виду интегральными методами усреднения. Разработка алгоритма управления системой была основана на таких современных методах управления как пропорциональный (P), пропорционально-интегрально-дифференцирующий (PID) и линейно-квадратичный (LQR) регуляторы для определения предполагаемого поведения и быстрого отклика системы при неопределенностях разного характера.

Методы исследования (на казахском) : – анықталмағандықтарды есепке алу кезінде орын алған сызықтық емес дифференциалдық теңдеулерді аналитикалық (автономды дифференциалдық қозғалыс теңдеулерін алу үшін арналған орташалау әдістері және т.б.) және сандық (дәлдігі 4(5)-ретті Рунге-Кутта-Фельберг және 8(9)-ретті Runge-Kutta-Verner әдістері) шешудің классикалық әдістері; – жұмыс нәтижелерін басқа зерттеушілердің еңбектерінің теориялық және эксперименттік деректерімен салыстырмалы талдау, әзірленген сызықты емес математикалық модельдердің сызықтылық нәтижелерін белгілі сызықтық модельдердің шешімдерімен салыстыру, сондай-ақ нәтижелердің сенімділігін анықтау мақсатында (Maple, MatLab:Simulink) есептеу пакеттерін қолдану; – теориялық және аспан механикасының фундаменталды зандары негізінде адекватты динамикалық модельдер құрастырылды. Математикалық модельді құру кезінде жүйеге әсер ететін ұйытқуларды сипаттау үшін және оларды одан әрі интегралды орташалау әдістерімен автономды түрге келтіру үшін потенциал теориясы қолданылды. Жүйені басқару алгоритмін жасау әр түрлі сипаттағы анықталмағандықтар кезінде жүйенің болжамды әрекеті мен жылдам жауап беруін анықтайтын пропорционалды (P), пропорционалды-интегралды-дифференциалдайтын (PID) және сызықтық-квадраттық (LQR) реттегіш сияқты қазіргі заманғы басқару әдістеріне негізделеді.

Obtained results and novelty (in Russian) : Полученные результаты: Построена система управления для сохранения конфигурации группировки космических аппаратов в случае невозмущенной опорной орбиты с учетом основных возмущающих сил. Разработана математическая модель движения группировки КА относительно невозмущенной опорной орбиты на основе модели Лоудена-Седвика-Швайгарда; решены уравнения движения группировки в случае невозмущенной опорной орбиты с учетом основных возмущающих сил; определены условия устойчивости конфигурации группировки КА относительно невозмущенной опорной орбиты в возмущенном движении (т.е. с учетом неоднородности потенциала Земли и лунно-солнечных возмущений); построены алгоритмы управления конфигурацией для рассматриваемого случая. Разработана математическая модель движения группировки и определены условия устойчивости конфигурации в случае невозмущенной опорной орбиты с учетом основных возмущающих сил. Построены алгоритмы управления конфигурацией группировки типа LQR для рассматриваемого случая. Научная новизна проекта заключается в: разработке системы управления для сохранения конфигурации группировки космических аппаратов на геостационарной орбите при учете неопределенностей.

Obtained results and novelty (in Kazakh) : Алынған нәтижелер: Негізгі ұйытқушы күштерді ескере отырып, ұйытқымаған тірек орбитасы жағдайында ғарыш аппараттары топтамасының конфигурациясын сақтауға арналған басқару жүйесі құрылды. Лоуден-Седвик-Швайгард моделі негізінде ұйытқымаған тірек орбитасына қатысты ғарыш аппараттары топтамасы қозғалысының математикалық моделі жасалды; негізгі ұйытқушы күштерді ескере отырып, ұйытқымаған тірек орбитасы жағдайында топтама қозғалысының теңдеулері шешілді; ұйытқыған қозғалыстағы (яғни, Жершары потенциалының біртексіздігін және Ай-Күн ұйытқуларын ескере отырып) ғарыш аппараттары топтамасы конфигурациясының ұйытқымаған тірек орбитасына қатысты орнықтылық шарттары анықталды; қарастырылып отырған жағдай үшін конфигурацияны басқару алгоритмдері құрылды. Топтама қозғалысының математикалық моделі жасалды және негізгі ұйытқушы күштерді ескере отырып, ұйытқымаған тірек орбитасы жағдайында конфигурацияның орнықтылық шарттары анықталды. Қарастырылып отырған жағдай үшін LQR типті топтама конфигурациясын басқару алгоритмдері құрылды. Жобаның ғылыми жаңалығы анықталмағандықтарды ескере отырып, геостационарлық орбитадағы ғарыш аппараттары топтамасының конфигурациясын сақтауға арналған басқару жүйесін әзірлеу болып табылады.

The main constructive and technical economic indicators (in Russian) : Разработка системы управления для сохранения конфигурации группировки космических аппаратов с учетом неопределенностей обеспечит возможность получения снимков (разного диапазона) высокого качества и разрешения, что даст возможность решения многочисленных проблем, таких, например, как возможность наблюдения в реальном времени локальных чрезвычайних ситуаций (пожары, наводнения, селевые потоки и др.), оперативной оценки последствий глобальных проблем (например последсвия землетрясений), а также мониторинг экологически проблемных областей (например, Аральское и Каспийское море, бывший Семипалатинский ядерный полигон, обнаружение участков разливов нефти и нефтепродуктов в районах нефтедобычи и транспортировки), оценка агропромышленного потенциала на основе анализа состояния посевов сельскохозяйственных культур на различных стадиях вегетации и др., что принесет экономическую прибыль, связанную с оздоровлением экологической обстановки регионов, с решением социальных проблем (создание новых рабочих мест) и др.

The main constructive and technical economic indicators (in Kazakh) : Анықталмағандылықтарды ескере отырып, ғарыш аппараттары топтамасының конфигурациясын сақтауға арналған басқару жүйесін әзірлеу сапалы және ажыратымдылықтары жоғары суреттерді (әр түрлі диапазондағы) алуды қамтамасыз етеді, бұл, өз кезегінде мысалы, жергілікті төтенше жағдайларды (өрттер, су тасқыны, сел тасқыны және т.б.) нақты уақытта бақылау мүмкіндігі, жаһандық мәселелердің салдарын жедел бағалау мүмкіндігі (мысалы, жер сілкіністерінің салдары), сондай-ақ экологиялық мәселелері бар облыстардың мониторингі (мысалы, Арал және Каспий теңізі, бұрынғы Семей ядролық полигоны, мұнай өндіру және тасымалдау аудандарында мұнай және мұнай өнімдерінің төгілу учаскелерін табу), вегетацияның әртүрлі кезеңдеріндегі ауыл шаруашылығы дақылдары егістерінің жай-күйін талдау негізінде агроөнеркәсіптік әлеуетті бағалау және т. б. мүмкіндіктер береді. Бұл өңірлердің экологиялық жағдайын сауықтыруға, әлеуметтік мәселелерді шешуге (жаңа жұмыс орындарын құру) және т.б. байланысты экономикалық пайда әкеледі.

Level of implementation (in Russian) :

Level of implementation (in Kazakh) :

Efficiency (in Russian) : На сегодняшний день исследование группировки космических аппаратов (formation) является наиболее актуальной и значимой темой для исследователей во всем мире.

Efficiency (in Kazakh) : Бүгінгі таңда ғарыш аппараттарын топтастыруды (formation) зерттеу бүкіл әлемдегі зерттеушілер үшін ең өзекті және маңызды тақырып болып табылады.

Field of application (in Russian) : Область применения разработанного алгоритма охватывает как возмущения классического характера (неоднородность гравитационного поля, лунно-солнечные возмущения), так и возмущения обусловливающие неопределенности, что дает преимущества перед стандартными алгоритмами управления. В данном случае в качестве целевой аудитории выступают университеты (ЕНУ им. Л.Н.Гумилева, КазНИТУ им. К.И.Сатпаева, Алматинский Университет энергетики и связи), научно-исследовательские институты (АО «Национальный центр космических исследований и технологий» - Институт космической техники и технологий, Институт ионосферы, Астрофизический институт им. Фесенкова), «Национальная компания «Қазақстан Ғарыш Сапары», ТОО «КАЗГИСА», лаборатории (Intelligent Space Systems Laboratory in the University of Tokyo и др.).

Field of application (in Kazakh) : Әзірленген алгоритмнің ауқымы классикалық сипаттағы ұйытқуларды (гравитациялық өрістің біртексіздігі, Ай-Күн ұйытқулары) және анықталмағандылықты тудыратын ұйытқуларды қамтиды. Және бұл стандартты басқару алгоритмдерінен артықшылығын көрсетеді. Бұл жағдайда университеттер (Л.Н.Гумелев атындағы ЕҰУ, Қ.И.Сатпаев атындағы ҚазҰЗТУ, Алматы энергетика және байланыс институты), ғылыми-зерттеу институттары («Ұлттық ғарыштық зерттеулер мен технологиялар орталығы» АҚ - Ғарыштық техника және технологиялар институты, Ионосфера институты, Фесенков ат.Астрофизикалық институт; «Қазақстан Ғарыш Сапары» Ұлттық компаниясы, «КАЗГИСА» ЖШС), зертханалар (Токио Университетіндегі Intelligent Space Systems Laboratory зертханасы және т.б.) мақсатты аудитория ретінде әрекет етеді.