Группа исследователей с факультета аэрокосмической техники Грейнджерского инженерного колледжа Иллинойского университета в Урбане-Шампейне разработала новую методику, которая позволяет нескольким кубсатам согласованно работать в качестве служебных аппаратов во время миссий по сборке, обслуживанию или ремонту космических телескопов.
Методика использует передовые алгоритмы наведения и управления, которые позволяют небольшим роям кубсатов нести модульные компоненты и работать в непосредственной близости от обслуживающего аппарата без ущерба для безопасности миссии.
Это инновационное решение призвано сделать операции по обслуживанию более эффективными и безопасными за счет оптимизации траекторий движения спутников для снижения расхода топлива и минимизации рисков столкновений.
Алгоритм для космических сервисных миссий
В ходе исследования, проведенного под руководством аспиранта Рутвика Боммена, был разработан алгоритм оптимизации траекторий роев кубсатов, используемых в миссиях по обслуживанию и сборке космических телескопов.
Этот алгоритм был проверен на моделировании, в котором два, три или четыре кубсата доставляли модульные компоненты между обслуживающим аппаратом и ремонтируемым телескопом. Цель состояла в том, чтобы обеспечить безопасную работу, минимизировать расход топлива и гарантировать, что кубосаты будут находиться на минимальном безопасном расстоянии не менее 5 метров друг от друга.
Одной из главных проблем было управление большими расстояниями. Например, космический телескоп «Джеймс Уэбб» находится на расстоянии около 1,5 миллиона километров от Земли, в точке Лагранжа L2 системы Солнце-Земля. Чтобы справиться с этой сложностью, исследователи разработали динамическую модель, основанную на ограниченной круговой задаче трех тел с системой отсчета, расположенной в точке L2. Этот подход позволил смягчить численные трудности, адаптировав единицы измерения расстояния для повышения точности вычислений.
Для оптимизации траектории команда использовала косвенные методы оптимизации, которые обеспечивают более эффективное использование топлива по сравнению с прямыми методами. Кроме того, непосредственно в формулу оптимального управления были включены антиколлизионные ограничения, предотвращающие слишком близкое сближение кубсатов во время маневров.
Традиционно эти ограничения увеличивают вычислительную сложность, поскольку требуют разбиения траекторий на множество дуг. Однако разработанный алгоритм позволяет рассчитывать оптимальные траектории за один шаг, повышая эффективность и снижая эксплуатационные расходы.
Кроме того, хотя основное применение данной работы заключается в повышении безопасности и эффективности операций по обслуживанию и сборке на орбите, разработанная методология обладает значительной универсальностью. Она может быть адаптирована для оптимизации траекторий в различных сценариях, даже за пределами космического пространства, где существуют аналогичные ограничения.
С аннотацией исследования, опубликованного в журнале The Journal of the Astronautical Sciences, можно ознакомиться здесь.
Читайте все последние новости космонавтики на New-Science.ru
