Аннотация:

Цель данной работы – повысить эффективность (информативность) наблюдений исследуемых объектов с борта космических аппаратов. Наведение научной аппаратуры на наземные или астрономические объекты выполняется путем разворотов космических аппаратов либо установленных на их борту специальных поворотных платформ. Рассматриваются более конкретные задачи следующих типов:

1. Оптимальное (согласно заданным критериям) планирование наблюдений, требующее отслеживания нескольких целей (перечисленных в каталогах) с использованием нескольких раздельно управляемых комплектов научной аппаратуры, которые установлены на борту космических аппаратов. Чтобы для каждого из этих комплектов найти оптимальную программу переходов от одной цели к другой, предлагается точное решение, в котором методы линейного программирования используются для выбора программ наблюдений из набора всех возможных программ, предварительно сформированных для каждого комплекта с учетом заданных ограничений. Если точные решения требуют чрезмерных вычислительных затрат, используются приближенные алгоритмы, основанные, главным образом, на генетической метаэвристике.

Представленные методы реализованы в специальном программном обеспечении для поддержки экспериментов на борту Международной космической станции (МКС). Фотоаппараты и спектрометры могут одновременно наводиться в автоматическом режиме с использованием нескольких управляемых платформ. Экипаж МКС также может участвовать в фотосъемке, направляя фотоаппараты на заданные цели с помощью специального аппаратного и программного обеспечения.

2. Эффективное наведение одного комплекта научной аппаратуры на одну цель. В данной работе рассматриваются условия, при которых имеется значительная неопределенность данных о взаимном положении научного прибора и заданной цели.

Эта задача решается с применением искусственного рассеивания оси чувствительности научной аппаратуры. Для определения параметров рассеивания используются результаты, полученные в математической теории артиллерийской стрельбы. Разработано специальное наземное и бортовое программное обеспечение, которое позволяет повысить вероятность успешного фотографирования, когда фотоаппарат на борту МКС автоматически или вручную направляется на наземные цели.

3. Определение и уточнение данных о координатах космического аппарата и его орбите с использованием снимков поверхности планеты, сделанных с борта этого аппарата.

Представлены геометрические и вычислительные методы, применяемые для решения этой задачи, а также примеры их использования для определения положения и орбиты МКС. Кроме того, были выполнены оценки положения американских лунных модулей, исходя из снимков поверхности Луны, сделанных астронавтами США.

Оптимальное отслеживание нескольких целей (задача 1) частично зависит от алгоритмов отслеживания каждой из заданных целей каждым комплектом научной аппаратуры. В свою очередь, эти алгоритмы зависят, в частности, от точности определения орбиты космического аппарата. Из-за невысокой точности может потребоваться использование искусственного рассеивания (задача 2) либо уточнение данных об орбите (задача 3).

Доклад основывается на диссертации, представленной на соискание степени кандидата технических наук по специальности «Динамика, баллистика, управление движением летательных аппаратов» (научный руководитель – Беляев Михаил Юрьевич).

Текст диссертации доступен на сайте МГТУ им. Н.Э. Баумана:
Автореферат диссертации: