• Добавить в закладки
  • Facebook
  • Twitter
  • Telegram
  • VK
  • Печать
  • Email
  • Скопировать ссылку
08.11.2023
ФизТех
1
212

Новый алгоритм управления двигателями доставил модуль «Наука» к МКС

4.6

Ученый из МФТИ и РКК «Энергия» имени С. П. Королева разработал алгоритм управления 40 двигателями модуля «Наука» для полета на Международную космическую станцию в 2021 году. Метод позволил модулю успешно добраться до МКС и состыковаться с ней.

Новый алгоритм управления двигателями доставил модуль «Наука» к МКС
Новый алгоритм управления двигателями доставил модуль «Наука» к МКС / © Getty images / Автор: Владимир Богданов

Статья, посвященная этому алгоритму и его тестированию, опубликована в сентябре 2023 года в Journal of Computer and System Sciences International. Международная космическая станция — огромный исследовательский комплекс, находящийся на орбите. С момента начала строительства к ней периодически добавляются новые модули. Они проходят процесс сборки и разработки на поверхности Земли. На Земле также разрабатывается программа полета — какие маневры нужно совершить для успешной миссии.

Чтобы благополучно состыковаться с Международной космической станцией и выполнить программу полета, необходимо обеспечить нужную ориентацию аппарата и уметь совершать пространственные маневры с помощью двигателей модуля. В российских транспортных пилотируемых космических кораблях «Союз» и грузовых кораблях «Прогресс» для непосредственного формирования команд на двигатели используется отдельный прибор, который самостоятельно комбинирует двигатели для формирования управляющих моментов и сил, причем набор конфигураций двигателей для разных комбинаций сил и моментов ограничен и заранее рассчитан на Земле. Такое решение неоптимально: иногда в полете происходят непредвиденные обстоятельства, в которых лучше бы справился другой набор двигателей, отличный от заранее заданного. Предыдущие алгоритмы такую замену осуществить не могли.

Ключевым отличием алгоритма выбора двигателей, примененного на Многоцелевом лабораторном модуле «Наука», от применяемого на кораблях «Союз» и «Прогресс» является то, что расчет оптимальной конфигурации включаемых двигателей в зависимости от необходимой комбинации управляющих сил и моментов проводится непосредственно в бортовом алгоритме управления. Причем оптимальная конфигурация выбирается из набора доступных для управления двигателей (до 40 двигателей, причем в общем случае при отказах отдельных из них этот набор может быть произвольным). В 2021 году модуль «Наука» отправился в полет к МКС. Такой подход позволил парировать одну из нештатных ситуаций, возникших во время полета модуля, и к тому же сэкономил топливо. 

«Во время полета к МКС на модуле произошел автоматический запрет почти трети всех двигателей. Но благодаря возможности алгоритма перераспределить нагрузку на другие двигатели модуль смог поддерживать нужную ориентацию в первые сутки полета», — объясняет Антон Сумароков, автор алгоритма, доцент кафедры аэрофизической механики и управления движением МФТИ, сотрудник РКК «Энергия» имени С. П. Королева. 

Алгоритм на основе текущих величин угловых скоростей и ошибок ориентации, рассчитанных по показаниям соответствующих датчиков, а также требуемого характера движения формирует управляющие воздействия на систему из 40 ракетных двигателей различных типов. Программа также автоматически определяет набор доступных двигателей и на каждом такте управления определяет оптимальную конфигурацию для формирования требуемых параметров движения. Расчет происходит на основе данных о положении модуля и состоянии системы. С учетом динамических уравнений формулируется задача оптимизации, для которой с помощью модифицированного симплекс-метода определяется решение. 

Модуль МКС / © Пресс-служба МФТИ

Перед внедрением программы в модуль исследователь проводил математическое моделирование движения модуля и сравнение с использовавшимся ранее алгоритмом. Моделирование показало, что оптимизация выбора двигателей дает выигрыш по расходу топлива и выполняет задачу в рамках поставленных целей. В итоге алгоритм внедрили в систему управления движением модуля, который отправился в полет. В течение девяти дней он участвовал в управлении полетом и обеспечил стыковку с МКС. После успешной миссии началась работа над научной статьей, посвященной алгоритму, и дальнейшие разработки по улучшению этого метода для новых задач. 

«Мы хотим модифицировать алгоритм, чтобы он не только решал задачу включения набора двигателей для формирования управляющих воздействий, но и чтобы была возможность, отключая часть из работающих двигателей (например для коррекции орбиты), одновременно управлять ориентацией, также решая задачу оптимизации. Планируется, что реинкарнация алгоритма будет использоваться на перспективном транспортном корабле и на модулях российской орбитальной станции», — рассказывает Антон Сумароков. 

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl + Enter.
Московский физико-технический институт (национальный исследовательский университет), известен также как Физтех — ведущий российский вуз по подготовке специалистов в области теоретической, экспериментальной и прикладной физики, математики, информатики, химии, биологии и смежных дисциплин. Расположен в городе Долгопрудном Московской области, отдельные корпуса и факультеты находятся в Жуковском и в Москве.
Подписывайтесь на нас в Telegram, Яндекс.Новостях и VK
Вчера, 11:32
Александр Березин

Falcon 9 Block 5 впервые за три сотни запусков дал частично неудачный полет. Ракета выводила 20 спутников компании SpaceX, с 15 связь уже пропала, еще пять могут быть потеряны в ближайшее время.

Вчера, 14:55
Татьяна

Американские астронавты давно жалуются на систему ассенизации в скафандрах, которая представляет собой просто большой подгузник. Хватает его максимум на восемь часов, есть риск развития опрелостей и инфекций. К тому же в костюме мало запасов питьевой воды. Чтобы решить эти проблемы, ученые предложили более эффективный способ утилизации продуктов метаболизма.

10 июля
Татьяна

Ученые из Китая проанализировали состав древнейших цирконов с помощью машинного обучения. В этих минералах хранится информация о процессах в недрах планеты. По мнению авторов нового исследования, все указывает на то, что перемещения плит в литосфере происходили уже в катархее, 4,2 миллиарда лет назад, то есть гораздо раньше предыдущих оценок.

10 июля
Татьяна

Ученые из Китая проанализировали состав древнейших цирконов с помощью машинного обучения. В этих минералах хранится информация о процессах в недрах планеты. По мнению авторов нового исследования, все указывает на то, что перемещения плит в литосфере происходили уже в катархее, 4,2 миллиарда лет назад, то есть гораздо раньше предыдущих оценок.

Вчера, 11:32
Александр Березин

Falcon 9 Block 5 впервые за три сотни запусков дал частично неудачный полет. Ракета выводила 20 спутников компании SpaceX, с 15 связь уже пропала, еще пять могут быть потеряны в ближайшее время.

8 июля
Полина Меньшова

Ученые из Великобритании предложили психофизиологическую модель, объясняющую, как именно физические упражнения облегчают симптомы депрессии. Особенно она применима к аэробной нагрузке, например ходьбе, подъему по лестнице, бегу.

25 июня
Игорь Байдов

Ученые из Китая и Бельгии воссоздали в лаборатории условия, существовавшие на Меркурии четыре миллиарда лет назад, и выяснили, что они были идеальными для образования слоя алмазов, который с течением времени становился лишь толще.

21 июня
Nadya

Земля начала формироваться примерно 4,5 миллиарда лет назад. Чтобы понять, как это происходило в ранние периоды развития нашей планеты, ученые ищут образцы древних горных пород. Одну из таких, возрастом почти 3,5 миллиарда лет, обнаружили рядом с городом Колли в Австралии.

1 июля
Александр Березин

Необычный биологический вид, по оценке авторов новой научной работы, пригоден для заселения четвертой планеты без каких-либо предварительных условий — уже в том виде, в котором он существует сейчас. Поскольку речь идет о фотосинтетическом организме, он способен нарабатывать существенное количество кислорода. Интересно, что кандидат на терраформирование Марса сохранил жизнеспособность после месяца в жидком азоте.

[miniorange_social_login]

Комментарии

1 Комментарий
Affidavit Donda
08.11.2023
-
0
+
Не тот ли это модуль, который не пойми за чем вертел МКС?
Подтвердить?
Подтвердить?
Причина отклонения
Подтвердить?
Не получилось опубликовать!

Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.

Понятно
Жалоба отправлена

Мы обязательно проверим комментарий и
при необходимости примем меры.

Спасибо
Аккаунт заблокирован!

Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.

Понятно
Что-то пошло не так!

Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.

Понятно
Лучшие материалы
Войти
Регистрируясь, вы соглашаетесь с правилами использования сайта и даете согласие на обработку персональных данных.
Ваша заявка получена

Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно
Ваше сообщение получено

Мы скоро прочитаем его и свяжемся с Вами по указанной почте. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно