Исследователи факультета аэрокосмической техники Грейнджерского инженерного колледжа Иллинойского университета разработали новую методику для согласованной работы нескольких кубсаттов в качестве служебных аппаратов во время миссий по сборке, обслуживанию или ремонту космических телескопов.
Методика базируется на продвинутых алгоритмах позиционирования и управления, обеспечивающих бесшумную работу малых групп «кубсатов» с модульными элементами в непосредственной близости к оборудованию обслуживания без угрозы безопасности миссии.
Инновация повысит эффективность и безопасность обслуживания благодаря оптимизированным траекториям движения спутников: расход топлива сократится, а риски столкновений — сведутся к минимуму.
Алгоритм для космических сервисных миссий
Под руководством аспиранта Рутвика Боммена исследователи создали алгоритм для оптимизации траекторий групп роботов-кубсатов, применяемых при обслуживании и сборке космических телескопов.
Модель алгоритма тестировалась на симуляции: два, три или четыре кубсата перемещали модульные компоненты между обслуживающим аппаратом и телескопом, нуждавшимся в ремонте. Задача состояла в обеспечении безопасной работы, минимизации расхода топлива и поддержания минимального безопасного расстояния (не менее 5 метров) между кубсатами.
Управление большими расстояниями являлось одной из главных проблем. Например, космический телескоп «Джеймс Уэбб» размещается в 1,5 миллиона километров от Земли, в точке Лагранжа L2 системы Солнце-Земля. Исследователи для решения этой сложности разработали динамическую модель, основанную на ограниченной круговой задаче трех тел с системой отсчета, расположенной в точке L2. Такой подход смягчил численные трудности, адаптировав единицы измерения расстояния для повышения точности вычислений.
Команда оптимизировала траекторию, применив косвенные методы, что позволило более эффективно использовать топливо по сравнению с прямыми методами. В формулу оптимального управления были включены антиколлизионные ограничения, предотвращающие слишком близкое сближение кубсатов во время маневров.
Ограничения традиционно усложняют вычисления, так как предполагают разделение траекторий на отдельные отрезки. Разработанный же алгоритм позволяет находить оптимальные траектории за единицу времени, что повышает эффективность и сокращает затраты.
Данная работа предназначена для повышения безопасности и эффективности операций обслуживания и сборки на орбите, но разработанная методология обладает большой универсальностью. Её можно адаптировать для оптимизации траекторий в разных сценариях, даже за пределами космоса, где действуют аналогичные ограничения.
Аннотацию исследования, размещённого в журнале «The Journal of the Astronautical Sciences», возможно прочесть. .